[发明专利]基于结构光视觉的矩形花键轴同轴度及键位置度测量方法

权利要求书

1.一种基于结构光视觉的矩形花键轴同轴度及键位置度测量方法，其特征在于：利用结构光视觉检测技术，实现了花键轴同轴度及花键位置度的非接触测量，具体过程包括下列步骤：

步骤1）标定摄像机参数及花键轴轴线方程；

1.1）标定摄像机内参及畸变系数；

1.2）通过线激光器将结构光投射至共面标靶，采集共面标靶图像，并利用图像获得结构光光平面在摄像机平面下的空间平面方程；

1.3）将标定板通过夹具固定于双顶尖之间，在测量时花键轴也通过该双顶尖固定于实验台上，顶尖连线即为花键轴轴线；

1.4）旋转标定板并采集两个不同位置上的标定板图像，通过两个位置上标定板所对应的平面方程可以获得被测轴线方程；

步骤2）在滑轨上沿直线移动线激光器，在每个位置上获得线结构光光平面方程、花键轴上光条中心点的摄像机坐标、线结构光光平面与花键轴截面对应的椭圆中心坐标，并基于最小包容原则获得花键轴的同轴度误差；

步骤3）在滑轨上任意位置作为测量花键位置度的测量位置，采集花键轴上光条图像，提取图像中最上端和最下端两个花键侧面对应的光条中心点，接着沿同一方向旋转花键轴，并记录每次旋转角度，提取每次旋转后图像中最上端和最下端的两个花键侧面上的光条中心点，根据花键轴轴线方程，通过坐标变换可以获得花键轴旋转前所有花键侧面上光条中心点的摄像机坐标；

步骤4）根据花键轴轴线方程建立一个与花键轴垂直的投影平面，将花键侧面上所有光条中心点向投影平面进行投影，在投影坐标系中，以任意一个花键两侧的光条中心点作为数据点，获得该花键两个侧面的对称线，并以该对称线作为基准获得每个花键的位置度误差。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光视觉的花键轴同轴度及花键位置度测量方法，其特征在于：步骤2）所述的获得花键轴的同轴度误差，具体步骤如下：

2.1）在线激光器移动的初始位置，将线激光器发射出的线结构光投射到共面标靶上，通过摄像机采集共面标靶上的光条图像，并利用所采集的图像获得该位置下的线结构光光平面方程；

2.2）将被测花键轴放置于两顶尖之间进行固定，线激光器标定后位置不变，通过摄像机采集花键轴上光条图像，并利用光条中心点检测算法获得花键轴上光条中心点的摄像机坐标；

2.3）建立局部坐标系O_e—X_eY_eZ_e，在该坐标系中，坐标面X_eO_eZ_e与结构光光平面平行，坐标原点O_e与摄像机光心重合，根据几何关系可知，结构光光平面与花键轴圆柱区域的截交线为椭圆的一部分，所以将坐标轴O_eX_e与截交椭圆的长轴平行，坐标轴O_eY_e与短轴平行，O_eZ_e轴垂直于结构光光平面；

2.4）通过顶尖连线方程及线结构光光平面方程，获得摄像机坐标系与局部坐标系的变换矩阵，其中包括一个旋转矩形和一个平移矩阵，并通过坐标变换得到花键轴上所有光条中心点的局部坐标；

2.5）分别利用大径圆柱及小径圆柱对应的光条中心点的局部坐标，通过几何椭圆拟合算法获得第一个位置上大径圆弧所在椭圆对应的中心坐标及小径圆弧所在椭圆对应的中心坐标；

2.6）移动滑台，在多个位置上重复步骤2.1）至2.5），获得每个位置上大径圆弧所在椭圆对应的中心坐标及小径圆弧所在椭圆对应的中心坐标，组成大径圆弧中心数组O及小径圆弧中心数组E，移动次数和被测花键轴长度及测量同轴度精度有关；

2.7）当被测花键轴在装配过程中采用小径定心，则将小径圆柱对应的轴线作为基准轴线，将数组E作为拟合数据点，利用整体最小二乘法获得基准轴线的直线方程，如果被测花键轴在装配过程中采用大径定心，则将大径圆柱对应的轴线作为基准轴线，将数组O作为拟合数据点获得基准轴线方程；

2.8）以小径定心花键轴为例，将通过步骤2.7）获得基准轴线设为L，计算数组O中所有点到轴线L的距离，根据最小包容原则，将距离最大值作为被测花键轴的同轴度误差。