[发明专利]一种测量外星轮花键尺寸的装置和方法

摘要

本发明公开了一种基于三角测量法的外星轮花键尺寸测量装置，包括激光器、相机、镜头和用于固定被测工件的机械结构。同时公开了一种测量外星轮花键尺寸的方法，该方法采用激光作为结构光，CCD相机拍摄获取花键轮廓，通过标定和图像处理计算获取花键尺寸，可实现非接触式测量外星轮花键的大径、小径、两针距和分度误差。本装置设计增强了花键轮廓图像的清晰度和对比度；固定外星轮的转盘和同步转动的顶针结构，具有较高的动态精度，减少了机械结构磨损带来的精度下降；本发明测量外星轮花键尺寸的最高重复精度可达到+0.01mm，并且具有良好的稳定性。

主权项

一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、按三角测量法要求，校准测量装置；具体操作流程是：激光呈固定角度照射在工件表面，通过校准，使得工件轴线垂直，激光结构光水平；镜头光心线与工件旋转轴共面；激光结构光在基准面上的直线在图像中心位置；激光结构光中心与镜头光心线共面；步骤二、打开激光器，记录激光光斑像素坐标和CCD中心点像素坐标，计算出激光光斑离CCD中心点的纵向和横向距离；具体操作流程是：N_y为激光光斑纵向像素坐标，N_x为激光光斑横向像素坐标，Y₀为CCD中心点的纵向像素坐标，X₀为CCD中心点的横向像素坐标，i₀为CCD像素大小；记录N_y、N_x、Y₀、X₀、i₀各自的数据；h为激光光斑在CCD上的像距离图像中心的纵向距离，H为激光光斑在CCD上的像距离图像中心的横向距离，按照如下公式：h＝(N_y‑Y₀)×i₀；H＝(N_x‑X₀)×i₀；分别计算出h和H的数值；步骤三、记录基准面与工件轴线之间的距离、焦距、物距和激光入射角，利用三角形各边的比例关系，计算花键表面激光轮廓点距离其所在花键横截面中心的距离；具体操作流程是：R为基准面与工件轴线之间的距离，f为焦距，PA为物距，α为激光入射角；分别记录R、f、PA、α的数值；利用三角形各边的比例关系，按下列公式：$r=\sqrt{{(R-\frac{h\×PA\×\cos \mathrm{\α}}{\sin \left(\mathrm{\α}-{\tan }^{-1}\left(\frac{h}{f}\right)\right)\×\sqrt{h^2+f^2}})}^2+{\{(\frac{h\×PA\×\sin \mathrm{\α}}{\sin \left(\mathrm{\α}-{\tan }^{-1}\left(\frac{h}{f}\right)\right)\×\sqrt{h^2+f^2}}+PA)\×\frac{H}{f}\}}^2}$计算花键表面激光轮廓点距离其所在花键横截面中心的距离；步骤四、被测工件绕轴线转动一圈，并依次测量和计算，最后获得同一横截面花键的齿形数据；具体操作流程是：每次拍摄获取一个花键齿形上的条形激光轮廓，通过伺服电机带动底部的转盘使得被测工件绕轴线转动，其中顶针随着被测工件做同步转动；根据花键的齿数，伺服电机带动底部的转盘做相应次数的转动，每一次转动完成，根据CCD相机拍摄得到的激光轮廓图像进行反算，当完成360°转动后，可得到同一横截面花键的齿形；同时，检测数据通过工控机数据采集系统，完成数据采集和处理。