CN100494884C - 轴类零件弯曲变形面阵ccd测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零件弯曲变形的测量方法，尤其是轴类零件弯曲变形面阵CCD测量方法及其装置。通过至少一个面阵CCD采集轴类零件的图像数据，所采集的图像数据传送到I/O卡后，再输入工控机，然后经工控机对所述图像数据进行处理后，得到该轴类零件形变参数。该装置包括图像采集及处理系统、被测轴类零件转动控制系统组成；图像采集及处理系统包括面阵CCD、背光源、I/O卡、工控机；被测轴类零件转动控制系统包括变速箱、步进电机、编码器。该方法测量轴类零件弯曲变形精度高，测量速度快，测量装置简单，所需零部件均可在市面上购买到，整个装置易于实现。

Description

轴类零件弯曲变形面阵CCD测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种零件弯曲变形的测量方法，尤其是轴类零件弯曲变形面阵CCD测量方法，本发明还涉及一种轴类零件弯曲变形的测量装置。

背景技术

机械制造过程中，轴类零件在切削加工或热处理后都会产生弯曲变形，校直轴类零件产生的弯曲变形是机械加工过程中一项重要工序。高精度的校直既可减少精加工余量，也会降低废品率。弯曲变形的测量方法和测量精度是校直轴类零件的关键。校直机主要就是用来完成轴、管、棒等轴类零件的校直加工。校直机检测系统应能准确检测出轴类零件的弯曲变形量及变形位置，为校直加工提供依据。目前精密校直机检测系统普遍采用多路位移量检测方法，即沿零件的轴向安装若干个位移传感器，用轴向驱动装置驱动零件旋转一周，与此同时，各传感器在线地检测出各自截面的轮廓曲线数据。这些数据经变送、滤波、放大等处理后送入计算机，通过最小二乘圆法求得各截面的实际圆心位置，再利用插值算法描述出零件的轴线弯曲情形。但这种校直机检测系统存在严重影响检测精度的因素，如传感器性能、方向判断、零点残余电压和变送电路非线性。目前采集的解决办法是通过在电路中采集精选传感器，优选激振频率，设计理想二极管电路等措施。但该类校直机检测系统由于只采用有限的几个位置传感器与零件直接接触，属于点接触测量，随机误差大，测量精度不稳定，绝对误差一般要大于0.01mm，不能满足高精密轴类零件检测要求。此外，该系统它不能实现非接触检测和全程检测，也不能满足高精度测量和校直的需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述多路传感器位移量检测方法存在检测点少、与被测零件接触等检测方法缺陷及由此产生的测量精度不高问题，提供一种面阵CCD(Charge Coupled Devices，电荷耦合器件)测量轴类零件弯曲变形的方法和装置。

CCD在像感应应用方面发展飞速，已成为现代光电子和现代测量技术中最活跃、最富有成果的新兴领域之一。CCD体积小，重量轻，功耗小，工作电压低和抗烧毁，且在分辨力，动态范围，灵敏度，实时传输和自扫描等方面的性能优越。但在用CCD精密测量像轴类零件等较大尺寸的物体时，出现了分辨力和像素值的问题。要高分辨力地拍摄到较大面积的物体，需很大的像素值，目前市面上的CCD尚满足不了要求。多数的机器视觉系统使用线阵CCD加机械扫描机构摄像头来获取图像。线阵CCD的优点是分辨力高，但这种方法测量速度不够快，在线测量时不能满足工业应用的要求，同时设备比较复杂，需要扫描控制电路、驱动传送机构等。另外机构带动摄像头运动的速度与CCD自扫描换行脉冲的频率必须严格同步。因此，该方法的适应性不够强。

但是即使通过使用线阵CCD获取被测物体图像以测量轴类零件弯曲变形的方法也还没有报道，也没有检索到相关专利技术。

本发明是在克服利用线阵CCD获取被测物体图像缺点的基础上，提出利用面阵CCD测量轴类零件弯曲变形。面阵CCD获取被测物体二维信息的速度大大提高，无需扫描控制电路、驱动传送机构等，设备相对简单，测量速度提高。本发明的原理是利用面阵CCD快速采集被测零件图像和每一副图像有一定长度的特点，使用图像重建和多图拼接技术将采集的轴所有外轮廓图像按顺序实现无缝连接，再应用图像处理方法描绘出能表示轴弯曲变形的完整轴心线，计算出弯曲变形参数，为校直提供精确的数字依据。

本发明的目的通过下述方法实现：轴类零件的图像数据通过至少一个面阵CCD采集，所采集的图像数据传送到I/O卡后，输入工控机，然后经工控机对所述图像数据进行处理后，输出所述轴类零件形变参数。图像处理技术应用小波变换的多尺度分析提取出不同边缘方向的边缘图像，再利用数学形态学方法进行图像拼接。

上述方法可通过轴类零件弯曲变形面阵CCD测量装置实现，该装置包括图像采集及处理系统、被测轴类零件转动控制系统。图像采集及处理系统和被测轴类零件转动控制系统都集中在校直机机架(10)上。图像采集及处理系统包括面阵CCD、背光源、I/O卡、工控机，面阵CCD和背光源分别位于被测轴类零件两侧，面阵CCD通过信号线与I/O卡相连，I/O卡与工控机相接；被测轴类零件转动控制系统包括变速箱、步进电机、编码器，变速箱一端通过顶尖与被测轴类零件相接，另一端与步进电机相接，步进电机还与编码器相连。面阵CCD与滚珠丝杠副相接、滚珠丝杠副还与控制其沿被测轴类零件轴向运动的步进电机相连。

测量时，轴类零件在控制电机作用下沿轴向按某等分角度作旋转运动的同时，面阵CCD也在控制电机驱动下沿轴向作快速直线运动并连续采集轴的外轮廓图像。对每一旋转角度的轴的外轮廓图像序列，都由控制电机上的编码器采集对应的角度位置，构成一组对应关系数据送入工控机。而采集的轴外轮廓图像数据经图像重建后同步检测出各被测轴截面的径向跳动量及圆心位置。

可根据精密校直机检测系统要求和零件结构特征，沿工件轴向安装一个或一个以上CCD，检测过程中周向回转驱动单元驱动零件旋转一周。所安装CCD在每一周向检测位置，沿轴向快速移动连续采集图像，经图像拼合后同步检测出各被测轴截面的径向跳动量及圆心位置。如此旋转一周，再经过分析比较，计算并确定整个零件的轴向弯曲情况。

本发明的优点：

1、面阵CCD获取被测轴类零件弯曲变形数据速度高，无需扫描控制电路、驱动传送机构等，设备相对简单，测量速度快。

2、测量系统适用被测轴类零件尺寸范围大。

3、测量系统对被测轴类零件采用全尺寸范围非接触测量，测量精度高，可达0.001mm。

4、测量装置简单，所需零部件均可在市面上购买到。

附图说明

图1轴类零件弯曲变形面阵CCD测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，所测轴类零件为一长轴，长轴弯曲变形面阵CCD测量装置包括图像采集及处理系统、被测长轴转动控制系统。图像采集及处理系统和被测轴类零件转动控制系统集中在校直机机架10上。图像采集及处理系统包括面阵CCD13、背光源15、I/O卡6、工控机4。被测长轴由顶尖3与顶尖7支撑着，尾架2与变速箱8固定在校直机机架10上，面阵CCD13和背光源15分别放在被测长台阶轴两侧。面阵CCD13与驱动面阵CCD的步进电机9连接，位于滚珠丝杠副5上，驱动面阵CCD的步进电机9驱动滚珠丝杠副5沿被测长轴轴向运动。面阵CCD13通过信号线与I/O卡6相连，I/O卡6与工控机4相接。被测长轴转动控制系统由变速箱8、步进电机12、编码器11组成，变速箱8一端通过顶尖7与被测长轴14相接，另一端与步进电机12相接，步进电机12还与编码器11相连。步进电机12带动变速箱8使被测长轴14以适当的速度回转，每旋转10度后，驱动面阵CCD的步进电机9驱动面阵CCD13沿轴向快速移动连续采集图像数据。编码器11经联轴器与步进电机12主轴相连，由此测量旋转角度及位置。面阵CCD13沿轴向快速移动采集的连续图像序列和旋转角度及位置等数据由I/O卡6送工控机4，由工控机4进行图像重建后同步检测出各被测轴截面的径向跳动量及圆心位置。工控机的图像处理技术是采用小波变换的多尺度分析技术提取出不同边缘方向的边缘图像，再采用数学形态学方法进行图像拼接。如此旋转一周，再经过分析比较，计算并确定整个零件的轴向弯曲情况。

实施例2

被测轴类零件为三台阶轴类零件。在每一台阶上使用一个面阵CCD，共使用3个面阵CCD分别与滚珠丝杠副相接，3个滚珠丝杠副都与支持架1相连，同时也与驱动面阵CCD的步进电机9相接，驱动面阵CCD的步进电机9驱动3个面阵CCD13沿被测三台阶轴类零件轴向运动，连续采集不同轴径图像数据。其它装置同实施例1，测量方法也同实施例1。

Claims (2)

1、一种轴类零件弯曲变形面阵CCD测量装置，其特征在于：所述装置包括图像采集及处理系统、被测轴类零件转动控制系统；所述图像采集及处理系统包括面阵CCD(13)、背光源(15)、I/O卡(6)、工控机(4)；所述面阵CCD(13)和背光源(15)分别位于被测轴类零件(14)两侧，面阵CCD(13)通过信号线与I/O卡(6)相连，I/O卡(6)与工控机(4)相接；被测轴类零件转动控制系统由变速箱(8)、步进电机(12)、编码器(11)组成，所述变速箱(8)一端通过顶尖(7)与被测轴类零件(14)相接，另一端与步进电机(12)相接，步进电机(12)还与编码器(11)相连；所述图像采集及处理系统和被测轴类零件转动控制系统集中在校直机机架(10)上。

2、根据权利要求1所述一种轴类零件弯曲变形面阵CCD测量装置，其特征在于：所述面阵CCD(13)与滚珠丝杠副(5)相接、所述滚珠丝杠副(5)还与驱动面阵CCD的步进电机(9)相连。

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