專利名稱：基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形位誤差測(cè)量裝置及方法，具體講是基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車、機(jī)床、家電、航空等工業(yè)領(lǐng)域制造技術(shù)的飛速發(fā)展和客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的日趨提高，產(chǎn)品制造過程中的檢測(cè)環(huán)節(jié)變得越來越重要。零件設(shè)計(jì)過程中公差的合理制定及制造過程中公差的正確檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。設(shè)計(jì)及加工過程中涉及到的誤差有尺寸誤差和形狀與位置誤差以下簡(jiǎn)稱形位誤差，尺寸誤差的檢測(cè)已有成熟的工具和方法，而形位誤差由于其理論的復(fù)雜度、檢測(cè)工具及設(shè)備的復(fù)雜性，目前的檢測(cè)工具及方法還不成熟，從而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。形位誤差是評(píng)定零件制造質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，尤其是在精密機(jī)械、儀器儀表、航空航天和各種高科技設(shè)備中，零件的形位誤差往往是影響整機(jī)工作的關(guān)鍵，它們會(huì)影響產(chǎn)品的工作精度、連接強(qiáng) 度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、密封性、耐磨性和壽命等。回轉(zhuǎn)零件的圓柱度誤差會(huì)使配合性質(zhì)不均勻；平面度誤差會(huì)減少互配零件的實(shí)際支撐面積，增大單位面積的壓力，使接觸表面的變形增大；導(dǎo)軌的直線度誤差會(huì)使得運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度受到影響；軸頸或者軸瓦的輪廓度誤差會(huì)導(dǎo)致軸線在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生跳動(dòng)等等。為了保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，保證零部件的互換性，需確保形位誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)，形位公差的檢測(cè)和評(píng)定是一項(xiàng)十分重要的工作。目前工件形位誤差測(cè)量一般是使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或工具顯微鏡，這類設(shè)備價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求高，檢測(cè)效率低，并且這類設(shè)備一般屬于接觸式測(cè)量，易于損傷探頭或劃傷被測(cè)實(shí)體表面，而且這類設(shè)備不適于柔性材質(zhì)產(chǎn)品表面測(cè)量，因?yàn)楫?dāng)探頭觸碰到待測(cè)工件表面時(shí)，會(huì)改變物體表面形狀；并且這類設(shè)備大部分采用人工方式對(duì)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來完成各項(xiàng)形位誤差檢測(cè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，檢測(cè)結(jié)果可靠性差，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，越來越迫切需要提供相應(yīng)的專用設(shè)備用于工件的形位誤差測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠快速獲取軸套類零件形位誤差的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，它包括機(jī)架、設(shè)于機(jī)架上的三維工作臺(tái)、至少一個(gè)用于固定待測(cè)工件并能使待測(cè)工件繞其軸線旋轉(zhuǎn)的夾持機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)和控制器，三維工作臺(tái)上設(shè)有三自由度調(diào)節(jié)的圖像傳感器和水平二自由度調(diào)節(jié)的頂部光源，夾持機(jī)構(gòu)上的固定待測(cè)工件的位置的下方設(shè)有背景光源，圖像傳感器與計(jì)算機(jī)電連接，三維工作臺(tái)和夾持機(jī)構(gòu)均與控制器電連接，計(jì)算機(jī)與控制器電連接。作為改進(jìn)，所述的夾持機(jī)構(gòu)包括同軸線設(shè)置的卡盤和活動(dòng)頂尖，卡盤連接有驅(qū)動(dòng)卡盤繞其軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。作為改進(jìn)，所述的三維工作臺(tái)包括X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)、Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)，X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)、兩條X向滑軌、輸入軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)X向錐齒輪減速器，每條X向滑軌上均安裝有一個(gè)X向絲杠，每個(gè)X向絲杠上均安裝有一個(gè)X向滑塊，X向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與其中一個(gè)X向錐齒輪減速器的輸入軸傳動(dòng)連接，Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在兩個(gè)X向滑塊上。作為改進(jìn)，所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)和第一 Y向滑軌，第一 Y向滑軌的兩端分別安裝在兩個(gè)X向滑塊上，第一 Y向滑軌上安裝有Y向絲杠，Y向絲杠上安裝有第一 Y向滑塊，Y向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過一 Y向錐齒輪減速器與Y向絲杠傳動(dòng)連接，Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在第一 Y向滑塊上。作為改進(jìn)，所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)還包括設(shè)于第一 Y向滑軌上方的第二 Y向滑軌，第二Y向滑軌與第一Y向滑軌通過兩塊固定板固定，第二Y向滑軌上設(shè)有第二Y向滑塊，Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在第一 Y向滑塊和第二 Y向滑塊上。作為改進(jìn)，所述的Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Z向步進(jìn)電機(jī)和Z向滑軌，Z向滑軌安裝在第一 Y向滑塊和第二 Y向滑塊上，Z向滑軌上安裝有Z向絲杠，Z向絲杠上安裝有Z向滑±夾，Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與Z向絲杠傳動(dòng)連接，圖像傳感器安裝在Z向滑塊上，頂部光源安裝在Z向滑軌上。作為改進(jìn)，所述的圖像傳感器為線陣CCD圖像傳感器或面陣CCD圖像傳感器。作為改進(jìn)，所述的圖像傳感器的鏡頭為定心鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭或可變焦鏡頭。作為改進(jìn)，所述的頂部光源和背景光源為條形光源、環(huán)形光源或球形光源。采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn):通過控制器控制三維工作臺(tái)，可對(duì)圖像傳感器可進(jìn)行三自由度調(diào)節(jié)，可方便地進(jìn)行圖像傳感器成像參數(shù)調(diào)整，即調(diào)節(jié)圖像傳感器的高度，具體高度的確定要視工件的尺寸大小以及圖像傳感器的型號(hào)而定，通過控制器控制旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，可方便地實(shí)現(xiàn)待測(cè)工件的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，不在需要通過人工方式對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使工作效率較高，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)在于可通過圖像傳感器對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行非接觸式測(cè)量，可精確的對(duì)圖像傳感器進(jìn)行三自由度調(diào)節(jié)可以通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，操作簡(jiǎn)便，對(duì)環(huán)境要求較低，檢測(cè)效率較高。另外，由于X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)有兩條滑軌，可以把Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的重量分?jǐn)傇趦蓷l滑軌上，可以更好的支撐Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)，使Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)固定穩(wěn)固。另外，由于Z向滑軌安裝在第一 Y向滑塊和第二 Y向滑塊上，使Z向滑軌固定穩(wěn)固。另外，由于設(shè)置了 X向錐齒輪減速器和Y向錐齒輪減速器，減慢了 X向絲杠和Y向絲杠的輸入轉(zhuǎn)速，使三維工作臺(tái)沿X方向和Y方向調(diào)節(jié)位置時(shí)位移更精確。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種能夠快速獲取軸套類零件形位誤差的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量方法，它包括以下步驟:1、將待測(cè)工件固定在夾持機(jī)構(gòu)上，待測(cè)工件的一端由卡盤固定，待測(cè)工件的另一%5由活動(dòng)頂尖固定；2、通過控制器控制三維工作臺(tái)移動(dòng)，調(diào)節(jié)圖像傳感器的位置和成像高度，從而將圖像傳感器調(diào)節(jié)到最佳測(cè)量位置；3、打開頂部光源和背景光源，對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行截面測(cè)量，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)使待測(cè)工件旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)工件的三維空間測(cè)量；4、將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在圖像域進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，由相伴曲線生成線性伴隨誤差分布，并根據(jù)形位公差的不同類型生成相應(yīng)的參考基準(zhǔn)，然后由最優(yōu)算法計(jì)算出圖像域形位誤差模型；5通過標(biāo)定算法確定出測(cè)量空間與圖像空間的放大倍數(shù)，然后將圖像空間的形位誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量空間的形位誤差數(shù)據(jù)。6、重復(fù)步驟2、3、4、5，相繼測(cè)出待測(cè)工件其余部位的形位誤差。7、測(cè)完一個(gè)工件后，控制活動(dòng)頂尖向外運(yùn)動(dòng)，松開已經(jīng)測(cè)好的工件。采用以上方法后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn):采用本發(fā)明方法，先獲取工件的圖像域數(shù)據(jù)，通過理想幾何信息擬合得出相伴曲線，然后通過誤差轉(zhuǎn)換得到線性形位誤差模型，通過標(biāo)定算法得出空間轉(zhuǎn)換放大倍數(shù)，結(jié)合三自由度的圖像傳感器和能帶動(dòng)待測(cè)工件旋轉(zhuǎn)的夾持機(jī)構(gòu)最終得到完整的工件的形位誤差分布；與現(xiàn)有技術(shù)的形位誤差測(cè)量的不同之處在于，本發(fā)明是非接觸式的，不會(huì)損傷探頭或劃傷被測(cè)實(shí)體表面，測(cè)量精度較高，并且通過三維工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)圖像傳感器的三自由度調(diào)節(jié)，通過夾持機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)工件的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，因而所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)都是自動(dòng)獲取的，工作效率較高，檢測(cè)結(jié)果可靠性較高。


圖1為本發(fā)明基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置的俯視圖；圖3為兩個(gè)X向錐齒輪減速器的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為X向滑軌、X向絲杠和X向滑塊的裝配圖；圖5為本發(fā)明的誤差模型相伴曲線圖。其中，1、機(jī)架；2、三維工作臺(tái)；3、計(jì)算機(jī)；4、控制器；5、圖像傳感器；6、頂部光源；
7、背景光源；8、卡盤；9、活動(dòng)頂尖；10、旋轉(zhuǎn)電機(jī)；IOUX向步進(jìn)電機(jī)；102、X向滑軌；103、X向錐齒輪減速器；104、X向絲杠；105、X向滑塊;106、聯(lián)軸器;107、傳動(dòng)軸；201、Y向步進(jìn)電機(jī)；202、第一 Y向滑軌；203、第一 Y向滑塊；204、Y向錐齒輪減速器；205、第二 Y向滑軌；206、固定板；207、第二 Y向滑塊；301、Z向步進(jìn)電機(jī);302、Z向滑軌;303、Z向滑塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。由圖1、圖2所示，本發(fā)明基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置包括機(jī)架1、設(shè)于機(jī)架I上的三維工作臺(tái)2、至少一個(gè)用于固定待測(cè)工件并能使待測(cè)工件繞其軸線旋轉(zhuǎn)的夾持機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)3和控制器4，三維工作臺(tái)2上設(shè)有三自由度調(diào)節(jié)的圖像傳感器5和水平二自由度調(diào)節(jié)的頂部光源6。所述的三維工作臺(tái)包括X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)、Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)，結(jié)合圖3可知，X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)101、兩條X向滑軌102、輸入軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)X向錐齒輪減速器103，其中一個(gè)X向錐齒輪減速器103的一個(gè)輸出軸連接一個(gè)聯(lián)軸器106，另一個(gè)X向錐齒輪減速器103的輸入軸也連接一個(gè)聯(lián)軸器106，兩個(gè)聯(lián)軸器106通過一根傳動(dòng)軸107連接，X向步進(jìn)電機(jī)101的輸出軸與其中一個(gè)X向錐齒輪減速器103的輸入軸傳動(dòng)連接，該X向錐齒輪減速器103的輸入軸通過傳動(dòng)軸107與另一個(gè)X向錐齒輪減速器103的輸入軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)合圖4可知，每條X向滑軌102上均安裝有一個(gè)X向絲杠104，每個(gè)X向絲杠104上均安裝有一個(gè)X向滑塊105，當(dāng)X向步進(jìn)電機(jī)101轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過X向錐齒輪減速器103帶動(dòng)X向絲杠104轉(zhuǎn)動(dòng)，X向絲杠104轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)X向滑塊105沿X方向移動(dòng)，Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在兩個(gè)X向滑塊105上,從而Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)可以沿著X方向移動(dòng)。所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)201和第一 Y向滑軌202，第一 Y向滑軌202的兩端分別安裝在兩個(gè)X向滑塊105上，第一 Y向滑軌202上安裝有Y向絲杠，Y向絲杠上安裝有第一 Y向滑塊203，第一 Y向滑軌202、Y向絲杠和第一 Y向滑塊203的裝配結(jié)構(gòu)與圖4所示的X向滑軌、X向絲杠和X向滑塊的裝配結(jié)構(gòu)一致，Y向步進(jìn)電機(jī)201的輸出軸通過一 Y向錐齒輪減速器204與Y向絲杠傳動(dòng)連接，所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)還包括設(shè)于第一 Y向滑軌202上方的第二 Y向滑軌205，第二 Y向滑軌205與第一 Y向滑軌202通過兩塊固定板206固定，第二 Y向滑軌205上設(shè)有第二 Y向滑塊207，當(dāng)Y向步進(jìn)電機(jī)201轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過Y向錐齒輪減速器204帶動(dòng)Y向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，Y向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一 Y向滑塊203沿Y方向移動(dòng)，Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在第一 Y向滑塊203和第二 Y向滑塊207上，從而Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)可以沿著Y方向移動(dòng)，Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)第二 Y向滑塊207移動(dòng)。所述的Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Z向步進(jìn)電機(jī)301和Z向滑軌302，Z向滑軌302安裝在第一 Y向滑塊203和第二 Y向滑塊207上，Z向滑軌302上安裝有Z向絲杠，Z向絲杠上安裝有Z向滑塊303，Z向滑軌302、Ζ向絲杠和Z向滑塊303的裝配結(jié)構(gòu)與圖4所示的X向滑軌、X向絲杠和X向滑塊的裝配結(jié)構(gòu)一致，Z向步進(jìn)電機(jī)301的輸出軸與Z向絲杠傳動(dòng)連接，Z向步進(jìn)電機(jī)301轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)Z向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，Z向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)Z向滑塊303沿著Z方向移動(dòng)，圖像傳感器5安裝在Z向滑塊303上，從而圖像傳感器5可以沿著Z方向移動(dòng)，結(jié)合上兩段所述可知，圖像傳感器5可以沿著X方向、Y方向和Z方向移動(dòng)，即圖像傳感器5可以進(jìn)行三自由度調(diào)節(jié)，頂部光源6安裝在Z向滑軌302上，結(jié)合上兩段所述可知，頂部光源6可以沿著X方向和Y方向移動(dòng)，即頂部光源6可以進(jìn)行水平二自由度調(diào)節(jié)。所述的夾持機(jī)構(gòu)包括同軸線設(shè)置的卡盤8和活動(dòng)頂尖9，活動(dòng)頂尖9可以通過轉(zhuǎn)盤進(jìn)行伸縮，以固定和取下待測(cè)工件，卡盤8連接有能驅(qū)動(dòng)卡盤8繞其軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10，當(dāng)待測(cè)工件由卡盤8和活動(dòng)頂尖9固定后，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)10可以使待測(cè)工件旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行三維空間測(cè)量。X方向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)功率為25KW，Y方向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)、Z方向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)的功率15KW，旋轉(zhuǎn)電機(jī)10為步進(jìn)電機(jī)，其功率為15KW。
夾持機(jī)構(gòu)上的固定待測(cè)工件的位置的下方設(shè)有背景光源7，背景光源7安裝于機(jī)架I上，機(jī)架I上開設(shè)有燕尾槽，背景光源7通過燕尾槽固定于機(jī)架1，圖像傳感器5與計(jì)算機(jī)3電連接，以使計(jì)算機(jī)3接收?qǐng)D像傳感器5的數(shù)據(jù)，三維工作臺(tái)2上的三個(gè)步進(jìn)電機(jī)即X向步進(jìn)電機(jī)101、Y向步進(jìn)電機(jī)201和Z向步進(jìn)電機(jī)301和夾持機(jī)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10均與控制器4電連接，以通過控制器控制上述各個(gè)電機(jī)工作，計(jì)算機(jī)3與控制器4電連接，以通過計(jì)算機(jī)3給控制器4發(fā)送指令。為了使測(cè)量效率更高，所述的夾持機(jī)構(gòu)可以設(shè)置多個(gè)，并在機(jī)架I上一一對(duì)應(yīng)的設(shè)置背景光源7，也就是說每一個(gè)夾持機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的設(shè)置一個(gè)背景光源7，可以把多個(gè)待測(cè)工件分別固定在多個(gè)夾持機(jī)構(gòu)上，通過控制圖像傳感器5和頂部光源6移動(dòng)來逐個(gè)測(cè)量待測(cè)工件，以提高測(cè)量效率。所述的圖像傳感器5為線陣CXD圖像傳感器或面陣CXD圖像傳感器。所述的圖像傳感器5的鏡頭為定心鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭或可變焦鏡頭。所述的頂部光源6和背景光源7為條形光源、環(huán)形光源或球形光源。本發(fā)明基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量方法，包括以下步驟:1、將待測(cè)工件固定在夾持工作臺(tái)上，待測(cè)工件的一端由卡盤固定，待測(cè)工件的另一％5由活動(dòng)頂尖固定；2、通過控制器控制三維工作臺(tái)移動(dòng)，調(diào)節(jié)圖像傳感器的位置和成像高度，從而將圖像傳感器調(diào)節(jié)到最佳測(cè)量位置；3、打開頂部光源和背景光源，對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行截面測(cè)量，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)使待測(cè)工件旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)工件的三維空間測(cè)量；4、將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在圖像域進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，由相伴曲線生成線性伴隨誤差分布，并根據(jù)形位公差的不同類型生成相應(yīng)的參考基準(zhǔn)，然后由最優(yōu)算法計(jì)算出圖像域形位誤差模型；5、通過標(biāo)定算法確定出測(cè)量空間與圖像空間的放大倍數(shù)，然后將圖像空間的形位誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量空間的形位誤差數(shù)據(jù)。6、重復(fù)步驟2、3、4、5，相繼測(cè)出待測(cè)工件其余部位的形位誤差。7、測(cè)完一個(gè)工件后，控制活動(dòng)頂尖向外運(yùn)動(dòng)，松開已經(jīng)測(cè)好的工件。步驟4中經(jīng)過空間轉(zhuǎn)換的點(diǎn)記為Pij (Xij, Yij, Zij)，下標(biāo)j表示第j個(gè)橫截面，下標(biāo)
i表示橫截面上的第i個(gè)點(diǎn)，其中I≤i≤24，1≤j≤N，N為采集得到的橫截面的個(gè)數(shù)。把零件某一截面實(shí)際輪廓和最小二乘法產(chǎn)生的理想圓稱為相伴曲線，且這兩個(gè)曲線是法向映射的，如圖5所示，E0為理想圓，E為實(shí)際圓輪廓，P0, P為法向映射點(diǎn)，顯然PtlP
為法向誤差。在理想圓Etl上設(shè)立Frenet標(biāo)架
權(quán)利要求
1.一種基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:它包括機(jī)架(I)、設(shè)于機(jī)架(I)上的三維工作臺(tái)(2)、至少一個(gè)用于固定待測(cè)工件并能使待測(cè)工件繞其軸線旋轉(zhuǎn)的夾持機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)(3)和控制器(4)，三維工作臺(tái)(2)上設(shè)有三自由度調(diào)節(jié)的圖像傳感器(5)和水平二自由度調(diào)節(jié)的頂部光源(6)，夾持機(jī)構(gòu)上的固定待測(cè)工件的位置的下方設(shè)有背景光源(7)，圖像傳感器(5)與計(jì)算機(jī)(3)電連接，三維工作臺(tái)(2)和夾持機(jī)構(gòu)均與控制器(4)電連接，計(jì)算機(jī)(3)與控制器(4)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的夾持機(jī)構(gòu)包括同軸線設(shè)置的卡盤(8)和活動(dòng)頂尖(9)，卡盤(8)連接有能驅(qū)動(dòng)卡盤(8 )繞其軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(10 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的三維工作臺(tái)包括X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)、Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)，X向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括X向步進(jìn)電機(jī)(101 )、兩條X向滑軌(102 )、輸入軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)X向錐齒輪減速器(103)，每條X向滑軌(102)上均安裝有一個(gè)X向絲杠(104)，每個(gè)X向絲杠(104)上均安裝有一個(gè)X向滑塊(105)，X向步進(jìn)電機(jī)(101)的輸出軸與其中一個(gè)X向錐齒輪減速器(103)的輸入軸傳動(dòng)連接，Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)和Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在兩個(gè)X向滑塊(105)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Y向步進(jìn)電機(jī)(201)和第一 Y向滑軌(202)，第一 Y向滑軌(202)的兩端分別安裝在兩個(gè)X向滑塊(105)上，第一 Y向滑軌(202)上安裝有Y向絲杠，Y向絲杠上安裝有第一 Y向滑塊(203)，Y向步進(jìn)電機(jī)(201)的輸出軸通過一 Y向錐齒輪減速器(204)與Y向絲杠傳動(dòng)連接， Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在第一 Y向滑塊(203)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的Y向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)還包括設(shè)于第一 Y向滑軌(202)上方的第二 Y向滑軌(205)，第二 Y向滑軌(205)與第一 Y向滑軌(202)通過兩塊固定板(206)固定，第二 Y向滑軌(205)上設(shè)有第二 Y向滑塊(207)，Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)安裝在第一 Y向滑塊(203)和第二 Y向滑塊(207)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的Z向運(yùn)動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)包括Z向步進(jìn)電機(jī)(301)和Z向滑軌(302)，Z向滑軌(302)安裝在第一 Y向滑塊(203)和第二 Y向滑塊(207)上，Z向滑軌(302)上安裝有Z向絲杠，Z向絲杠上安裝有Z向滑塊(303)，Z向步進(jìn)電機(jī)(301)的輸出軸與Z向絲杠傳動(dòng)連接，圖像傳感器5安裝在Z向滑塊(303)上，頂部光源6安裝在Z向滑軌(302)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的圖像傳感器(5)為線陣CCD圖像傳感器或面陣CCD圖像傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的圖像傳感器(5)的鏡頭為定心鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭或可變焦鏡頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置，其特征在于:所述的頂部光源(6)和背景光源(7)為條形光源、環(huán)形光源或球形光源。
10.一種基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量方法，其特征在于，它包括以下步驟: (I)、將待測(cè)工件固定在夾持機(jī)構(gòu)上，待測(cè)工件的一端由卡盤固定，待測(cè)工件的另一端由活動(dòng)頂尖固定； (2)、通過控制器控制三維工作臺(tái)移動(dòng)，調(diào)節(jié)圖像傳感器的位置和成像高度，從而將圖像傳感器調(diào)節(jié)到最佳測(cè)量位置； (3)、打開頂部光源和背景光源，對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行截面測(cè)量，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)使待測(cè)工件旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)工件的三維空間測(cè)量； (4)、將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，將測(cè)量好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在圖像域進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，由相伴曲線生成線性伴隨誤差分布，并根據(jù)形位誤差的不同類型生成相應(yīng)的參考基準(zhǔn)，然后由最優(yōu)算法計(jì)算出圖像域形位誤差模型； (5)通過標(biāo)定算法確定出測(cè)量空間與圖像空間的放大倍數(shù)，然后將圖像空間的形位誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量空間的形位誤差數(shù)據(jù)。
(6)、重復(fù)步驟2、3、4、5，相繼測(cè)出待測(cè)工件其余部位的形位誤差。
(7)、測(cè)完一個(gè)工件后，控制活動(dòng) 頂尖向外運(yùn)動(dòng)，松開已經(jīng)測(cè)好的工件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像域的軸套類零件形位誤差測(cè)量裝置及方法，本發(fā)明將待測(cè)工件進(jìn)行三維空間測(cè)量，然后將測(cè)好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在圖像域進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，由相伴曲線生成線性伴隨誤差分布，并根據(jù)形位誤差的不同類型生成相應(yīng)的參考基準(zhǔn)，然后由最優(yōu)算法計(jì)算出圖像域形位誤差模型，最后通過標(biāo)定算法將圖像空間的形位誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量空間的形位誤差數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠快速獲取軸套類零件形位誤差。
文檔編號(hào)G01B11/00GK103196367SQ20131007832
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者張學(xué)昌, 唐艷梅, 張雷, 章少劍, 梁濤, 汪磊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院