[发明专利]利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法

说明书

本发明公开了一种利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法，其方法为：步骤一、标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数；步骤二、标定一字线结构光平面及顶尖连线参数；步骤三、拟合透视投影椭圆方程；步骤四、计算被测轴的轴径尺寸；有益效果：采用此方法测量时，只需要保证CCD摄像机和激光器的相对位置关系不变即可，更利于实际应用；本发明采取了结构光视觉测量技术，因此能实现在线非接触测量，保证较高的测量精度和测量速度，对于长度小于200mm的轴类零件，其测量精度小于等于±0.01mm。能实现在线非接触测量，保证较高的测量精度和测量速度，对于长度小于200mm的轴类零件，其测量精度小于等于±0.01mm。

技术领域

本发明涉及一种轴类零件直径尺寸在线测量方法，特别涉及一种利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法。

背景技术

当前，轴是组成机器的重要零件之一，主要用来支撑旋转的机械零件并传递运动及动力，轴类零件在众多机械装置中有着非常广泛的应用，其中包括汽车的变速箱、发动机、机床的主轴等。随着现代技术的飞速发展，对装置的运转速度及传动精度要求越来越高，因此轴的制造精度及工作性能将直接影响到机器的使用状况及使用寿命。

传统加工中对轴径的测量多为接触式测量，主要运用游标卡尺、螺旋测微器及三维坐标测量仪等。接触式测量方法存在测量效率低、工作强度大等缺点，且接触式测量很难实现轴径的在线检测。

随着科技的不断进步和发展，以光电、激光及计算机技术为基础的机器视觉测量及图像处理技术成为当代机械产品质量检测的重要手段。基于计算机视觉测量方法与传统的接触测量方法相比具有以下突出优点：

1、测量速度快，能实现图像信息的集成；

2、能实现自动化测量，可代替人类在恶劣坏境或高危情况下进行测量；

3、测量范围广，可实现人眼无法完成的测量工作，降低人眼测量带来的误差。

目前，机器视觉测量方法的测量对象大多限于二维尺寸，被测尺寸所在的物体表面就是成像平面，可以利用机器视觉中的边缘检测实现测量，或者用边缘检测和摄像机标定相结合完成高精度测量。然而，轴类零件是三维实体，测量尺寸所在的物体表面不再是成像平面，对于二维尺寸的测量方法就不再适用。并且，由于被测零件的基准尺寸往往在几十到上百毫米，远大于摄像机镜头的尺寸，此时，机器视觉测量方法就不再适用。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决利用线结构光技术在测量物体尺寸过程中存在的问题而提供的一种利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法。

本发明提供的利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法，其方法如下所述：

步骤一、标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数，标定CCD摄像机的内部参数，是基于摄像机平面标定算法，利用高精度标定板的不同姿态图像，标定出摄像机内部参数，以修正镜头畸变对图像造成的失真变形，提高尺寸测量精度，具体过程包括下列步骤：

1)、把CCD摄像机和激光投射器固定在支架上，保持位置不变，关闭激光投射器，利用CCD摄像机采集九幅不同位姿的标定板图像；

2)、使用摄像机标定工具箱检测出标定板图像中角点的亚像素坐标；

3)、根据摄像机平面标定算法，利用检测得到的角点的像素坐标和世界坐标求解摄像机内参、畸变系数和外参的初值；

4)、利用所有不同位姿的标定板图像中提取到的角点的像素坐标和世界坐标，对摄像机内部参数矩阵和畸变系数进行优化求精，采用列文伯格-马夸尔特法优化求解；

步骤二、标定一字线结构光平面及顶尖连线参数，具体过程包括以下步骤：