[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

说明书

本发明涉及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，属于机器视觉测量技术领域。首先，对结构光测量系统进行标定，获得摄像机参数、线结构光光平面与花键轴轴线空间方程；其次，沿直线移动激光器，获得每个位置上线结构光光平面方程及轴上光条图像，通过多个线结构光光平面与花键轴的截平面，基于最小包容原则获得花键轴的同轴度误差；最后，以花键侧面上光条中心点作为数据点，依据国家标准推荐的矩形花键轴花键位置度的测量方法，提出一种基于距离迭代获得花键位置度测量算法。本发明在保证测量精度的基础上，实现了矩形花键轴同轴度和花键位置度的非接触测量，显著提高了花键轴几何公差的测量效率。

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，特别涉及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。

背景技术

矩形花键轴作为一种典型的联接零件，被广泛的应用于机械传动部件中。根据国家标准GB/T1144-2001规定，花键轴的同轴度及花键位置度是主要的检测几何公差，这两个几何公差对矩形花键轴的装配有重要的影响。传统的花键轴同轴度及花键位置度测量属于接触式测量，由于效率很低无法应用于花键轴加工的在线测量。

随着计算机科学的不断进步，以光学和机器视觉技术为基础的非接触测量得以发展。视觉非接触测量技术不仅可以大大提高检测速度，还为实现生产过程中的全产品检测提供了可能。视觉检测方法可以分为主动测量方法和被动测量方法，被动测量是只利用摄像机采集被测物体图像，并通过图像处理算法获得测量结果，该类方法虽然实现简便并且可以保证一定的测量精度，但测量精度易受测量环境影响，在零件加工环境下测量精度较难保证。主动测量方法一般是利用激光器和摄像机组成视觉检测系统，通过获得被测物体表面上的光条图像，经过图像处理算法获得测量结果。

通过文献查阅，关于矩形花键轴几何公差非接触测量的相关文献很少。2018年合肥工业大学的朱华炳等人在发明专利《一种花键轴的花键端面的图像采集设备及花键检测方法》中，提出了利用一个摄像机采集花键轴端面图像，通过对花键轴的端面图像进行处理获得花键轴的键宽及大小直径的方法。虽然理论上这种方法也可以获得端面上各花键位置度，但是方法只能获得花键轴端面的图像，无法采集花键轴轴线的信息，不可能实现花键轴同轴度的测量。2018年吉林大学的刘长英在论文《动车组车轴的同轴度测量及误差分析》中，提出一种通过光幕及CCD摄像机组成阶梯轴同轴度测量系统，虽然该方法为同轴度测量提出了一种视觉检测方法，但是该方法并且不适用于花键轴的同轴度测量。

综上所述，在矩形花键轴的加工制造中，如何在复杂的实际工厂环境下，完成花键轴同轴度及花键位置度的精确、自动、高效的非接触测量，是实现矩形花键轴自动化生产的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，不仅解决了现有接触式测量方法效率低，无法实现在线检测的问题，还通过本发明中的线结构光测量系统提高了花键轴测量的鲁棒性，降低了视觉测量的硬件成本。本发明所采用的方法是一种主动的非接触方法，由于主动测量方法有较好的测量鲁棒性，对外界环境的适应性强，应用范围相比被测测量方法要大很多。