CN104019756A - 一种密封件直径参数测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台、处理计算机以及控制柜，其中所述密封件直径参数测量台安装在控制柜内部上侧，密封件直径参数测量台包括面阵相机、供应转接板、光学投影屏以及拨杆传输转台，面阵相机位于密封件直径参数测量台内部上侧并与处理计算机相连接，拨杆传输转台包括基板架、拨杆、转轴、电机、内嵌玻璃板、光电传感器以及电机驱动控制器。采用本发明的密封件直径参数测量装置，可以实现密封件的自动供给、定位和分类，准确计算出密封件的内外直径，操作灵活且简单，可给出可视化的处理结果。

Description

一种密封件直径参数测量装置和测量方法

技术领域

本发明属于工业零件测试技术领域，具体涉及一种适于密封件直径参数自动测量装置及相关测量方法。

背景技术

密封件广泛应用于航空、航天、船舶、电力、石油、机械等行业，是解决这些行业跑、冒、滴、漏问题的关键零件。密封件的直径尺寸及其圆形度关系到有效的密封效果。

在密封件内外径尺寸检测中，大多数生产厂家采用尺寸量规、环规仪、锥棒和SM柔性尺等工具，利用目测进行直径尺寸测量。这些方法测量误差较大、一致性差、速度慢、检测周期长，缺陷产品的统计不及时，质量反馈滞后，影响了密封件的生产和产品的使用。国内外的一些公司开发了自动化检测设备，但检测平面是运动的，存在震动，会引起测量误差。因此，开展密封件直径自动检测系统研究，提高密封件的尺寸测量精度和测量一致性，对工农业生产与建设都具有现实的意义。

由于密封件线径为环形，只能放在平面上进行测量，对于线径不同的密封件，现有的开发设备需要重新对焦，做标定，不能适应线径尺寸多样化的测量。为了进一步提高密封件测量设备的适应性，发明一套利用面激光平行光源投影与面阵CCD采集测量的装置，不仅适应多尺寸的测量，而且测量精度高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台、处理计算机以及控制柜，其中所述密封件直径参数测量台安装在控制柜内部上侧，密封件直径参数测量台包括面阵相机、供应转接板、光学投影屏以及拨杆传输转台，其特征在于：面阵相机位于密封件直径参数测量台内部上侧并由支架支撑，其配置地用于采集密封件在光学投影屏上的成像，支架固定在密封件直径参数测量台的一侧内壁上，该面阵相机与处理计算机相连接，供应转接板固定在密封件直径参数测量台的另一侧内壁上并且倾斜放置，光学投影屏固定在密封件直径参数测量台的侧壁上并位于面阵相机的正下方，拨杆传输转台位于供应转接板和光学投影屏的下方。

优选的是，拨杆传输转台包括第一基板架、第二基板架、拨杆、转轴、固定圈、电机、内嵌玻璃板以及光电传感器，其中第一基板架、第二基板架、固定圈、拨杆通过转轴连接在一起，第一基板架为正方形且为环状，第二基板架为十字形，其内嵌在第一基板架之中且其各端均与第一基板架内环边缘固定连接，第一基板架的厚度大于第二基板架的厚度，内嵌玻璃板由三块长方形玻璃板拼接而成并置于第二基板架之上且内嵌卡在第一基板架之内，固定圈和拨杆位于内嵌玻璃板之上，每个拨杆的一端与转轴连接，另一端与固定圈相连接。

优选的是，每个拨杆包括直线段和折线段，其中折线段为V字型，密封件置于拨杆的V字型段的凹陷处，拨杆在第一基板架和上沿环形分布，相邻拨杆之间角度固定不变，此外，转轴与电机连接，电机由电机驱动控制器控制转速，这样电机能够控制转轴带动拨杆旋转，从而拨杆能够带动并控制直径不同的密封件沿圆弧运动。

优选的是，拨杆传输转台还包括光电传感器，该光电传感器固定在基板架的一侧，并且位于拨杆的远端在旋转时形成的圆周上，该光电传感器用于当拨杆经过该光电传感器时产生光电脉冲。

优选的是，在第一基板架内并由第二基板架分割而成的区域分为密封件入口工位区域、密封件测量工位区域、不合格密封件剔除工位区域以及合格密封件收集工位区域，其中，内嵌玻璃板中的两块玻璃板覆盖密封件入口工位区域和密封件测量工位区域，内嵌玻璃板中的另一块玻璃板在不合格密封件剔除工位区域和合格密封件收集工位区域上往复运动，上述四个区域沿转轴逆时针顺序依次分布在第一基板架环状内的四个角落，上述顺序对应密封件在第一基板架内的运动顺序，其中在密封件测量工位区域上可放置标定网格板，在不合格密封件剔除工位区域的正下方设有不合格密封件收集箱，在合格密封件收集工位区域的正下方设有合格密封件收集箱。

优选的是，该密封件直径参数测量台还包括往复运动电机、往复运动电机控制器以及连杆，通过往复运动电机控制器控制往复运动电机，从而带动连杆移动内嵌玻璃板。

优选的是，密封件直径参数测量台还包括激光平行光管，其位于基板架的下方并且由光管支架支撑，该光管支架固定在密封件直径参数测量台的侧壁上，使得激光平行光管与光学投影屏相对，这样，位于内嵌玻璃板上密封件的影像能通过激光平行光管发射的平行光投影到光学投影屏上，面阵相机对在光学投影屏上的影像进行成像。

优选的是，在控制柜的外表面下侧的控制面板上设有总电源控制开关和总电源状态二极管、面阵相机控制开关和面阵相机状态显示二极管、激光平行光管控制开关和激光平行光管状态二极管、光电传感器控制开关和光电传感器状态二极管以及三档电机控制开关和三档电机状态二极管，其中，可以根据待测量密封件的尺寸范围选择不同档位的电机控制开关，其中，总电源状态二极管、面阵相机状态显示二极管、激光平行光管状态二极管、光电传感器状态二极管以及三档电机状态二极管分别用于显示总电源状态、面阵相机工作状态、激光平行光管工作状态、光电传感器工作状态和三档电机工作状态。

本发明还提供一种采用上述任一项技术方案中所述密封件直径参数测量装置的密封件直径参数测量方法，所述方法对密封件直径参数和圆形度进行测量，并根据测量结果判定是否为合格品，并最终进行筛选，具体步骤是：

(1)将密封件直径参数测量装置中的控制柜放置于水平地面上；

(2)调整密封件直径参数测量装置的控制柜底盘基座上的三个调整水平底脚，同时使基板架上两个方向的水平水泡处于水平状态；

(3)对于密封件直径参数测量台中室温下的标定系数进行初始化，如果温度不能保证在室温，需要重新做标定；然后开启处理计算机，打开控制柜控制面板上的总电源控制开关，打开面阵相机控制开关，打开激光平行光管控制开关，打开光电传感器控制开关；在密封件测量工位区域上放置标定网格板，在处理计算机软件界面上点击标定即可重新标定含镜头畸变校正和物像关系的映射变换系数；

(4)根据密封件测量范围，选择打开对应控制柜中电机驱动控制器的三档电机控制开关，从而选择不同的电机控制算法，待测量密封件通过在供应转接板上滑落被传输到基板架上的密封件入口工位区域上，随着转轴的旋转，密封件在被拨杆拨到测量工位区域的过程中，密封件后的拨杆会遮挡光电传感器并产生一个脉冲，这个脉冲会被忽略，当密封件刚被传输转台传输并定位到密封件测量工位区域时，电机控制转轴反转，密封件后的拨杆会再次遮挡光电传感器并产生一个脉冲，后一个脉冲将触发面阵相机开始采集图像，此时拨杆不会接触到密封件，密封件的影像通过激光平行光管发射的平行光投影到光学投影屏上，面阵相机对在光学投影屏上的影像进行成像并传给处理计算机进行处理，处理完后的数据结果进行显示；

(5)面阵相机将形成的图像传输给处理计算机，处理计算机通过图像处理技术采集密封件(内外轮廓上的点坐标，接着根据标定得到的曲线系数进行映射变换，然后根据最小二乘拟合圆的算法，计算密封件的圆心及内外直径，同时根据各轮廓点到圆心的分布情况推算出密封件的圆形度；

(6)处理计算机还对计算结果进行判定，如果密封件的直径参数不合格，会给往复运动电机一个启动脉冲，其会通过连杆带动不合格密封件剔除工位区域上的内嵌玻璃板做往复运动，从而使不合格密封件滑落到不合格密封件收集箱中，如果密封件是合格的，密封件会运动到合格工件收集工位区域，并自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱中，最终完成筛选。

优选的是，在上述步骤(5)中计算密封件直径参数以及圆形度的具体方法如下：

(1)采集获得网格标定板影像的角点坐标：(x_c1,y_c1)，(x_c2,y_c2)、(x_c3,y_c3)、…、(x_cn,y_cn)；

(2)按照x和y的独立性，分别根据物面网格标定板角点的实际坐标，对网格标定板影像的角点坐标进行5次曲线映射，即可实现像面到物面的标定；通过标定的x的5次曲线系数和y的5次曲线系数，即可将像面含畸变的角点坐标映射变换到不含畸变的物面坐标；

(3)获得密封件内外环轮廓上的点坐标：(x_n1,y_n1)，(x_n2,y_n2)、(x_n3,y_n3)、…、(x_nn,y_nn)；(x_w1,y_w1)，(x_w2,y_w2)、(x_w3,y_w3)、…、(x_wn,y_wn)；

(4)根据5次曲线模型，利用标定的系数对坐标点进行映射变换，获得物面实际坐标点：(x′_n1,y′_n1)，(x′_n2,y′_n2)、(x′_n3,y′_n3)、…、(x′_nn,y′_nn)；(x′_w1,y′_w1)，(x′_w2,y′_w2)、(x′_w3,y′_w3)、…、(x′_wn,y′_wn)；

(5)根据圆的最小二乘拟合，利用映射变换点的坐标计算密封件物面实际内轮廓圆心坐标O_n(x_no,y_no)和外轮廓圆心坐标O_w(x_wo,y_wo)，内直径D_n和外直径D_w，内轮廓和外轮廓圆形度；

定义：

C_n＝N_n∑x_ni ²-∑x_ni∑x_ni  C_w＝N_w∑x_wi ²-∑x_wi∑x_wi

D_n＝N_n∑x_niy_ni-∑x_ni∑y_ni  D_w＝N_w∑x_wiy_wi-∑x_wi∑y_wi

$E_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^3+N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}$

$E_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^3+N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}$

G_n＝N_n∑y_ni ²-∑y_ni∑y_ni  G_w＝N_w∑y_wi ²-∑y_wi∑y_wi

$H_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^2{y}_{\mathrm{ni}}+N_n\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}$

$H_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^2{y}_{\mathrm{wi}}+N_w\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}$

$K_n=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)-2x_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-2y_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}}{N_n}$

$K_w=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)-2x_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-2y_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}}{N_w}$

则：

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{D}_n-E_n{G}_n}{2(C_n{G}_n-D_n^2)}& y_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{C}_n-E_n{D}_n}{2(D_n^2-G_n{C}_n)}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{D}_w-E_w{G}_w}{2(C_w{G}_w-D_w^2)}& y_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{C}_w-E_w{D}_w}{2(D_w^2-G_w{C}_w)}\end{array}$

$D_n=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{no}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{no}}\right)}^2-4K_n}$

$D_w=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{wo}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{wo}}\right)}^2-4K_w}.$

采用上述技术方案中的密封件直径参数测量装置，通过采用环形分布的拨杆传输平台可以实现密封件的自动供给、定位和分类；采用网格标定板对镜头畸变和物像变换关系进行五次曲线映射变换，拟合标定曲线系数；结合图像处理技术有效地寻找密封件轮廓点，利用圆的最小二乘拟合可以计算出密封件的内外直径，并对密封件内外轮廓的圆形度进行评判，具有其他设备不可比拟的优点，操作灵活且简单，可给出可视化的处理结果。

附图说明

图1是本发明所涉及密封件直径参数测量装置的结构示意图；

图2是本发明所涉及密封件直径参数测量装置的侧视示意图；

图3是本发明所涉及密封件直径参数测量装置的拨杆传输转台俯视示意图；

图4是本发明所涉及密封件直径参数测量装置中往复运动电机俯视示意图；

图5是所涉及密封件直径参数测量装置的控制柜面板俯视示意图。

其中，1-密封件直径参数测试台；2-处理计算机；3-控制柜；4-面阵相机；5-支架；6-光学投影屏；7-拨杆；8-第一基板架；9-激光平行光管；10-光管支架；11-电机驱动控制器；12-往复电机驱动控制器；13-供应转接板；14-电机；15-不合格密封件收集箱；16-合格密封件收集箱；17-密封件测量工位区域；18-光电传感器；19-密封件入口工位区域；20-密封件；21-合格密封件收集工位区域；22-不合格密封件剔除工位区域；23-往复运动电机；24-连杆；25-连杆；26-总电源控制开关；27-总电源状态二极管；30-光电传感器控制开关；31-光电传感器状态二极管；32-激光平行光管控制开关；33-激光平行光管状态二极管；34-面阵相机控制开关；35-面阵相机状态显示二极管；36-三档电机控制开关；37-三档电机状态二极管；38-内嵌玻璃板；39-第二基板架；42-转轴；43-固定圈。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的意图，下面结合附图对本发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，图1示出了一个实施例，该实施例提供了一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台1、处理计算机2以及控制柜3，其中密封件直径参数测量台1固定安装在控制柜3内部上侧，控制柜3的下方设有底盘基座，该底盘基座包括3个调整水平底脚，密封件直径参数测量台1和控制柜3均为水平放置，在控制柜3的外表面下侧设有控制面板。其中，在处理计算机2上预装有专用图像处理软件。

如图2所示，密封件直径参数测量台1包括面阵相机4、供应转接板13、光学投影屏6以及拨杆传输转台，面阵相机4位于密封件直径参数测量台1内部上侧并由支架5支撑，其用于采集密封件20在光学投影屏6上的成像，支架5固定在密封件直径参数测量台1的一侧内壁上，该面阵相机4与处理计算机2相连接，供应转接板13固定在密封件直径参数测量台1的另一侧内壁上并且倾斜放置，光学投影屏6固定在密封件直径参数测量台1的侧壁上并位于面阵相机4的正下方，拨杆传输转台位于供应转接板13和光学投影屏6的下方。

参照图2和3所示，其中，图3示出了密封件直径参数测量装置中拨杆传输转台的结构示意图，其中拨杆传输转台包括第一基板架8、第二基板架39、拨杆7、转轴42、固定圈43、电机14、内嵌玻璃板38以及光电传感器18，其中第一基板架8、第二基板架39、固定圈43、拨杆7通过转轴42连接在一起，第一基板架8为正方形且为环状，第二基板架39为十字形，其内嵌在第一基板架8之中且其各端均与第一基板架8内环边缘固定连接，第一基板架8的厚度大于第二基板架39的厚度，内嵌玻璃板38由三块长方形玻璃板拼接而成并置于第二基板架39之上且内嵌卡在第一基板架8之内，固定圈43和拨杆7位于内嵌玻璃板38之上，每个拨杆7的一端与转轴42连接，另一端与固定圈43相连接，本实施例中采用了4个相同的拨杆7，相邻拨杆7之间相差90°，每个拨杆7包括直线段和折线段，其中折线段优选为V字型，密封件20置于拨杆7的V字型段的凹陷处，4个拨杆7在第一基板架8和39上沿环形分布，相邻拨杆7之间角度固定不变，拨杆7的环状分布提高了密封件供应的效率并使密封件20可随意运动到不同的工位上，此外，转轴43与电机14连接，电机14由电机驱动控制器11控制转速，这样电机14能够控制转轴43带动拨杆7旋转，从而拨杆7能够带动并控制直径不同的密封件20沿圆弧运动，其中，根据密封件20的直径范围，有三档电机可供选择。采用不同档位的电机，由不同的控制算法对不同大小的密封件分别进行定位，具体而言，可按照密封件外轮廓直径范围分为三类，5毫米-20毫米,20毫米-50毫米，50毫米-105毫米，对于不同直径范围的密封件，分别定位在三个位置；此外，根据不同档位电机以及不同的电机控制算法，都可对拨杆7进行相应的回转控制，当面阵相机4采集密封件20图像时，使得拨杆7离开密封件20与的短暂接触，从而不影响密封件20的成像和测量。

此外，在第一基板架8内并由第二基板架39分割而成的区域分为密封件入口工位区域19、密封件测量工位区域17、不合格密封件剔除工位区域22以及合格密封件收集工位区域21，其中，内嵌玻璃板38中的两块玻璃板覆盖密封件入口工位区域19和密封件测量工位区域17，内嵌玻璃板38中的另一块玻璃板在不合格密封件剔除工位区域22和合格密封件收集工位区域21上往复运动，上述四个区域沿转轴逆时针顺序依次分布在第一基板架8环状内的四个角落，上述顺序对应密封件20在第一基板架8内的运动顺序，其中在密封件测量工位区域17上可放置标定网格板。在不合格密封件剔除工位区域22的正下方设有不合格密封件收集箱15，在合格密封件收集工位区域21的正下方设有合格密封件收集箱16。此外，本实施例中，拨杆传输转台还包括光电传感器18，该光电传感器18固定在第一基板架8的一侧，并且位于拨杆7的远端在旋转时形成的圆周上，该光电传感器18用于当拨杆7经过该光电传感器18时产生光电脉冲。结合图1、图2和图4所示，该密封件直径参数测量台1还包括往复运动电机23、往复运动电机控制器12以及连杆24、25，通过往复运动电机控制器控制往复运动电机，从而带动连杆24、25移动内嵌玻璃板38中的一块玻璃板，从而使不合格密封件滑落至不合格密封件收集箱15或者使合格密封件滑落至合格密封件收集箱16中。

密封件直径参数测量台1还包括激光平行光管9，其位于第一基板架8和第二基板架39的下方并且由光管支架10支撑，该光管支架10固定在密封件直径参数测量台1的侧壁上，使得激光平行光管9与光学投影屏6相对，这样，位于内嵌玻璃板38上密封件20的影像能通过激光平行光管9发射的平行光投影到光学投影屏6上，面阵相机4对在光学投影屏6上的影像进行成像，不但能解决不用直径密封件物距变化的问题，还可以在标定一次的情况下，对多种直径的密封件进行成像测量。

本实施例中的面阵相机4的观测视场范围为110*110毫米，可测量的密封件直径范围为105*105毫米，物面分辨率为0.05毫米。

如图5所示，在控制柜3的外表面下侧的控制面板上设有总电源控制开关26和总电源状态二极管27、面阵相机控制开关34和面阵相机状态显示二极管35、激光平行光管控制开关32和激光平行光管状态二极管33、光电传感器控制开关30和光电传感器状态二极管31以及三档电机控制开关36和三档电机状态二极管37，其中，可以根据待测量密封件20的尺寸范围选择不同档位的电机控制开关，其中，总电源状态二极管27、面阵相机状态显示二极管35、激光平行光管状态二极管33、光电传感器状态二极管31以及三档电机状态二极管37分别用于显示总电源状态、面阵相机工作状态、激光平行光管工作状态、光电传感器工作状态和三档电机工作状态。

采用本实施例中的密封件直径参数测量装置可对密封件直径参数和圆形度进行测量，并根据测量结果判定是否为合格品，并最终进行筛选，具体方法是：

(1)将密封件直径参数测量装置中的控制柜3放置于水平地面上；

(2)调整密封件直径参数测量装置的控制柜3底盘基座上的三个调整水平底脚，同时使第一基板架8上两个方向的水平水泡处于水平状态；

(3)对于密封件直径参数测量台1中室温下的标定系数进行初始化，如果温度不能保证在室温，需要重新做标定；然后开启处理计算机2，打开控制柜3控制面板上的总电源控制开关26，打开面阵相机控制开关34，打开激光平行光管控制开关32，打开光电传感器控制开关30；在密封件测量工位区域17上放置标定网格板，在处理计算机2软件界面上点击标定即可重新标定含镜头畸变校正和物像关系的映射变换系数；

(4)根据密封件测量范围，选择打开对应控制柜3中电机驱动控制器11的三档电机控制开关36，从而选择不同的电机控制算法，待测量密封件20通过在供应转接板13上滑落被传输到第一基板架8内且第二基板架39上的密封件入口工位区域19上，随着转轴的旋转，密封件20在被拨杆7拨到测量工位区域17的过程中，密封件20后的拨杆7会遮挡光电传感器18并产生一个脉冲，这个脉冲会被忽略，当密封件20刚被传输转台传输并定位到密封件测量工位区域17时，电机14控制转轴42反转，密封件20后的拨杆7会再次遮挡光电传感器18并产生一个脉冲，后一个脉冲将触发面阵相机4开始采集图像，此时拨杆7不会接触到密封件20，密封件20的影像通过激光平行光管9发射的平行光投影到光学投影屏6上，面阵相机4对在光学投影屏6上的影像进行成像并传给处理计算机2进行处理，处理完后的数据结果进行显示，这样，在密封件20被拨杆7拨到测量工位区域17过程中，拨杆7两次经过光电传感器18，光电传感器18两次产生脉冲信号，第二次脉冲信号触发面阵相机4，并开始采集密封件20的图像；

(5)面阵相机4将形成的图像传输给处理计算机2，处理计算机通过图像处理技术采集密封件20内外轮廓上的点坐标，接着根据标定得到的曲线系数进行映射变换，然后根据最小二乘拟合圆的算法，计算密封件的圆心及内外直径，同时根据各轮廓点到圆心的分布情况，即可推算出密封件的圆形度；

(6)处理计算机2还对计算结果进行判定，如果密封件20的直径参数不合格，会给往复运动电机23一个启动脉冲，其会通过连杆24、25带动不合格密封件剔除工位区域22上的内嵌玻璃板38中的一块可移动玻璃板往复运动到合格密封件收集工位区域21，从而使得不合格密封件20滑落到不合格密封件收集箱15中，如果密封件是合格的，内嵌玻璃板38中的一块可移动玻璃板往复运动到不合格密封件收集工位区域22，从而使密封件运动到合格工件收集工位区域21，并自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱16中，最终完成筛选。

其中，上述步骤(5)中计算密封件直径参数以及圆形度的具体方法如下：

(1)采集获得网格标定板影像的角点坐标：(x_c1,y_c1)，(x_c2,y_c2)、(x_c3,y_c3)、…、(x_cn,y_cn)；

(2)按照x和y的独立性，分别根据物面网格标定板角点的实际坐标，对网格标定板影像的角点坐标进行5次曲线映射，即可实现像面到物面的标定；通过标定的x的5次曲线系数和y的5次曲线系数，即可将像面含畸变的角点坐标映射变换到不含畸变的物面坐标。

(3)获得密封件内外环轮廓上的点坐标：(x_n1,y_n1)，(x_n2,y_n2)、(x_n3,y_n3)、…、(x_nn,y_nn)；(x_w1,y_w1)，(x_w2,y_w2)、(x_w3,y_w3)、…、(x_wn,y_wn)；

(4)根据5次曲线模型，利用标定的系数对坐标点进行映射变换，获得物面实际坐标点：(x′_n1,y′_n1)，(x′_n2,y′_n2)、(x′_n3,y′_n3)、…、(x′_nn,y′_nn)；(x′_w1,y′_w1)，(x′_w2,y′_w2)、(x′_w3,y′_w3)、…、(x′_wn,y′_wn)；；

(5)根据圆的最小二乘拟合，利用映射变换点的坐标计算密封件物面实际内轮廓圆心坐标O_n(x_no,y_no)和外轮廓圆心坐标O_w(x_wo,y_wo)，内直径D_n和外直径D_w，内轮廓和外轮廓圆形度；

定义：

C_n＝N_n∑x_ni ²-∑x_ni∑x_ni  C_w＝N_w∑x_wi ²-∑x_wi∑x_wi

D_n＝N_n∑x_niy_ni-∑x_ni∑y_ni  D_w＝N_w∑x_wiy_wi-∑x_wi∑y_wi

$E_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^3+N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}$

$E_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^3+N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}$

G_n＝N_n∑y_ni ²-∑y_ni∑y_ni  G_w＝N_w∑y_wi ²-∑y_wi∑y_wi

$H_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^2{y}_{\mathrm{ni}}+N_n\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}$

$H_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^2{y}_{\mathrm{wi}}+N_w\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}$

$K_n=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)-2x_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-2y_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}}{N_n}$

$K_w=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)-2x_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-2y_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}}{N_w}$

则：

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{D}_n-E_n{G}_n}{2(C_n{G}_n-D_n^2)}& y_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{C}_n-E_n{D}_n}{2(D_n^2-G_n{C}_n)}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{D}_w-E_w{G}_w}{2(C_w{G}_w-D_w^2)}& y_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{C}_w-E_w{D}_w}{2(D_w^2-G_w{C}_w)}\end{array}$

$D_n=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{no}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{no}}\right)}^2-4K_n}$

$D_w=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{wo}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{wo}}\right)}^2-4K_w}.$

实施例2：

按照实施例1的操作步骤，如果以最小二乘拟合圆作为参考圆，计算内轮廓上的点到圆心的最大半径R_n max与最小半径R_n min，计算外轮廓上的点到圆心的最大半径R_wmax与最小半径R_wmin，则内轮廓圆形度RD_n和外轮廓圆形度RD_w可用下式表示：

RD_n＝R_n max-R_n min  RD_w＝R_wmax-R_wmin

本发明所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台(1)、处理计算机(2)以及控制柜(3)，其中所述密封件直径参数测量台(1)安装在控制柜(3)内部上侧，密封件直径参数测量台(1)包括面阵相机(4)、供应转接板(13)、光学投影屏(6)以及拨杆传输转台，其特征在于：面阵相机(4)位于密封件直径参数测量台(1)内部上侧并由支架(5)支撑，其配置地用于采集密封件在光学投影屏上的成像，支架(5)固定在密封件直径参数测量台(1)的一侧内壁上，该面阵相机(4)与处理计算机(2)相连接，供应转接板(13)固定在密封件直径参数测量台(1)的另一侧内壁上并且倾斜放置，光学投影屏(6)固定在密封件直径参数测量台(1)的侧壁上并位于面阵相机(4)的正下方，拨杆传输转台位于供应转接板(13)和光学投影屏(6)的下方。

2.根据权利要求1所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：拨杆传输转台包括第一基板架(8)、第二基板架(39)、拨杆(7)、转轴(42)、固定圈(43)、电机(14)、内嵌玻璃板(38)以及光电传感器(18)，其中第一基板架(8)、第二基板架(39)、固定圈(43)、拨杆(7)通过转轴(42)连接在一起，第一基板架(8)为正方形且为环状，第二基板架(39)为十字形，其内嵌在第一基板架(8)之中且其各端均与第一基板架(8)内环边缘固定连接，第一基板架(8)的厚度大于第二基板架(39)的厚度，内嵌玻璃板(38)由三块长方形玻璃板拼接而成并置于第二基板架(39)之上且内嵌卡在第一基板架(8)之内，固定圈(43)和拨杆(7)位于内嵌玻璃板(38)之上，每个拨杆(7)的一端与转轴(42)连接，另一端与固定圈(43)相连接。

3.根据权利要求2所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：每个拨杆(7)包括直线段和折线段，其中折线段为V字型，密封件(20)置于拨杆(7)的V字型段的凹陷处，拨杆(7)在第一基板架(8)和(39)上沿环形分布，相邻拨杆(7)之间角度固定不变，此外，转轴(43)与电机(14)连接，电机(14)由电机驱动控制器(11)控制转速，这样电机(14)能够控制转轴(43)带动拨杆(7)旋转，从而拨杆(7)能够带动并控制直径不同的密封件(20)沿圆弧运动。

4.根据权利要求3所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：拨杆传输转台还包括光电传感器(18)，该光电传感器(18)固定在基板架(8)和(39)的一侧，并且位于拨杆(7)的远端在旋转时形成的圆周上，该光电传感器(18)用于当拨杆(7)经过该光电传感器(18)时产生光电脉冲。

5.根据权利要求4所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：在第一基板架(8)内并由第二基板架(39)分割而成的区域分为密封件入口工位区域(19)、密封件测量工位区域(17)、不合格密封件剔除工位区域(22)以及合格密封件收集工位区域(21)，其中，内嵌玻璃板(38)中的两块玻璃板覆盖密封件入口工位区域(19)和密封件测量工位区域(17)，内嵌玻璃板(38)中的另一块玻璃板在不合格密封件剔除工位区域(22)和合格密封件收集工位区域(21)上往复运动，上述四个区域沿转轴逆时针顺序依次分布在第一基板架(8)环状内的四个角落，上述顺序对应密封件(20)在第一基板架(8)内的运动顺序，其中在密封件测量工位区域(17)上可放置标定网格板，在不合格密封件剔除工位区域(22)的正下方设有不合格密封件收集箱(15)，在合格密封件收集工位区域(21)的正下方设有合格密封件收集箱(16)。

6.根据权利要求5所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：该密封件直径参数测量台(1)还包括往复运动电机(23)、往复运动电机控制器(12)以及连杆(24、25)，通过往复运动电机控制器(12)控制往复运动电机(23)，从而带动连杆(24、25)移动内嵌玻璃板(38)。

7.根据权利要求6所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：密封件直径参数测量台(1)还包括激光平行光管(9)，其位于基板架(8)和(39)的下方并且由光管支架(10)支撑，该光管支架(10)固定在密封件直径参数测量台(1)的侧壁上，使得激光平行光管(9)与光学投影屏(6)相对，这样，位于内嵌玻璃板(38)上密封件(20)的影像能通过激光平行光管(9)发射的平行光投影到光学投影屏(6)上，面阵相机(4)对在光学投影屏(6)上的影像进行成像。

8.根据权利要求7所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于：在控制柜(3)的外表面下侧的控制面板上设有总电源控制开关(26)和总电源状态二极管(27)、面阵相机控制开关(34)和面阵相机状态显示二极管(35)、激光平行光管控制开关(32)和激光平行光管状态二极管(33)、光电传感器控制开关(30)和光电传感器状态二极管(31)以及三档电机控制开关(36)和三档电机状态二极管(37)，其中，可以根据待测量密封件(20)的尺寸范围选择不同档位的电机控制开关，其中，总电源状态二极管(27)、面阵相机状态显示二极管(35)、激光平行光管状态二极管(33)、光电传感器状态二极管(31)以及三档电机状态二极管(37)分别用于显示总电源状态、面阵相机工作状态、激光平行光管工作状态、光电传感器工作状态和三档电机工作状态。

9.一种采用上述权利要求1-8中任一项所述密封件直径参数测量装置的密封件直径参数测量方法，所述方法对密封件直径参数和圆形度进行测量，并根据测量结果判定是否为合格品，并最终进行筛选，其特征在于：具体步骤是：

(1)将密封件直径参数测量装置中的控制柜(3)放置于水平地面上；

(2)调整密封件直径参数测量装置的控制柜(3)底盘基座上的三个调整水平底脚，同时使基板架(8)上两个方向的水平水泡处于水平状态；

(3)对于密封件直径参数测量台(1)中室温下的标定系数进行初始化，如果温度不能保证在室温，需要重新做标定；然后开启处理计算机(2)，打开控制柜(3)控制面板上的总电源控制开关(26)，打开面阵相机控制开关(34)，打开激光平行光管控制开关(32)，打开光电传感器控制开关(30)；在密封件测量工位区域(17)上放置标定网格板，在处理计算机(2)软件界面上点击标定即可重新标定含镜头畸变校正和物像关系的映射变换系数；

(4)根据密封件测量范围，选择打开对应控制柜(3)中电机驱动控制器(11)的三档电机控制开关(36)，从而选择不同的电机控制算法，待测量密封件(20)通过在供应转接板(13)上滑落被传输到基板架(8)上的密封件入口工位区域(19)上，随着转轴的旋转，密封件(20)在被拨杆(7)拨到测量工位区域(17)的过程中，密封件(20)后的拨杆(7)会遮挡光电传感器(18)并产生一个脉冲，这个脉冲会被忽略，当密封件(20)刚被传输转台传输并定位到密封件测量工位区域(17)时，电机(14)控制转轴反转，密封件(20)后的拨杆(7)会再次遮挡光电传感器(18)并产生一个脉冲，后一个脉冲将触发面阵相机(4)开始采集图像，此时拨杆(7)不会接触到密封件(20)，密封件(20)的影像通过激光平行光管(9)发射的平行光投影到光学投影屏(6)上，面阵相机(4)对在光学投影屏(6)上的影像进行成像并传给处理计算机(2)进行处理，处理完后的数据结果进行显示；

(5)面阵相机(4)将形成的图像传输给处理计算机(2)，处理计算机(2)通过图像处理技术采集密封件(20)内外轮廓上的点坐标，接着根据标定得到的曲线系数进行映射变换，然后根据最小二乘拟合圆的算法，计算密封件的圆心及内外直径，同时根据各轮廓点到圆心的分布情况推算出密封件的圆形度；

(6)处理计算机(2)还对计算结果进行判定，如果密封件(20)的直径参数不合格，会给往复运动电机(23)一个启动脉冲，其会通过连杆(24、25)带动不合格密封件剔除工位区域(22)上的内嵌玻璃板(38)做往复运动，从而使不合格密封件(20)滑落到不合格密封件收集箱(15)中，如果密封件是合格的，密封件会运动到合格工件收集工位区域(21)，并自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱(16)中，最终完成筛选。

10.根据权利要求9所述的密封件直径参数测量方法，其特征在于：在上述步骤(5)中计算密封件直径参数以及圆形度的具体方法如下：

(1)采集获得网格标定板影像的角点坐标：(x_c1,y_c1)，(x_c2,y_c2)、(x_c3,y_c3)、…、(x_cn,y_cn)；

(2)按照x和y的独立性，分别根据物面网格标定板角点的实际坐标，对网格标定板影像的角点坐标进行5次曲线映射，即可实现像面到物面的标定；通过标定的x的5次曲线系数和y的5次曲线系数，即可将像面含畸变的角点坐标映射变换到不含畸变的物面坐标；

(3)获得密封件内外环轮廓上的点坐标：(x_n1,y_n1)，(x_n2,y_n2)、(x_n3,y_n3)、…、(x_nn,y_nn)；(x_w1,y_w1)，(x_w2,y_w2)、(x_w3,y_w3)、…、(x_wn,y_wn)；

(4)根据5次曲线模型，利用标定的系数对坐标点进行映射变换，获得物面实际坐标点：(x′_n1,y′_n1)，(x′_n2,y′_n2)、(x′_n3,y′_n3)、…、(x′_nn,y′_nn)；(x′_w1,y′_w1)，(x′_w2,y′_w2)、(x′_w3,y′_w3)、…、(x′_wn,y′_wn)；

(5)根据圆的最小二乘拟合，利用映射变换点的坐标计算密封件物面实际内轮廓圆心坐标O_n(x_no,y_no)和外轮廓圆心坐标O_w(x_wo,y_wo)，内直径D_n和外直径D_w，内轮廓和外轮廓圆形度；

C_n＝N_n∑x_ni ²-∑x_ni∑x_ni  C_w＝N_w∑x_wi ²-∑x_wi∑x_wi

D_n＝N_n∑x_niy_ni-∑x_ni∑y_ni  D_w＝N_w∑x_wiy_wi-∑x_wi∑y_wi

$E_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^3+N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}$

$E_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^3+N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}$

G_n＝N_n∑y_ni ²-∑y_ni∑y_ni  G_w＝N_w∑y_wi ²-∑y_wi∑y_wi

$H_n=N_n\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}^2{y}_{\mathrm{ni}}+N_n\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}$

$H_w=N_w\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}^2{y}_{\mathrm{wi}}+N_w\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}^3-\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}$

$K_n=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{ni}}^2+y_{\mathrm{ni}}^2)-2x_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{ni}}-2y_{\mathrm{no}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{ni}}}{N_n}$

$K_w=-\frac{\mathrm{\Σ}(x_{\mathrm{wi}}^2+y_{\mathrm{wi}}^2)-2x_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{x}_{\mathrm{wi}}-2y_{\mathrm{wo}}\mathrm{\Σ}{y}_{\mathrm{wi}}}{N_w}$

则：

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{D}_n-E_n{G}_n}{2(C_n{G}_n-D_n^2)}& y_{\mathrm{no}}=-\frac{H_n{C}_n-E_n{D}_n}{2(D_n^2-G_n{C}_n)}\end{array}$

$\begin{array}{cc}{x}_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{D}_w-E_w{G}_w}{2(C_w{G}_w-D_w^2)}& y_{\mathrm{wo}}=-\frac{H_w{C}_w-E_w{D}_w}{2(D_w^2-G_w{C}_w)}\end{array}$

$D_n=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{no}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{no}}\right)}^2-4K_n}$

$D_w=\sqrt{{(-{2x}_{\mathrm{wo}})}^2+{\left({-2y}_{\mathrm{wo}}\right)}^2-4K_w}.$