CN105115434B - 一种导电杆v型槽间距和槽深的在位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置，包括CCD相机、镜头、可调焦距固定支架、光源和数据处理单元；所述CCD相机、镜头用于拍摄导电杆轮廓图像，并将图像传输至数据处理单元；所述可调焦距固定支架将CCD相机固定在车床上，具有CCD相机焦距微调部件，能够实现CCD相机焦距微调；数据处理单元用于接收并处理导电杆轮廓图像，获得导电杆V型槽间距和槽深的测量数据。测量时被测工件无需从车床上拆卸下来，通过CCD相机拍摄被测工件的数字图像，通过对数字图像进行处理和识别，自动测量出被测工件的所有V型槽槽间距和槽深尺寸，提高了测试效率，降低了对人员的要求。

Description

一种导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置

技术领域

本发明涉及一种基于图像传感器的在位测量装置，属于机械精密测量领域。

背景技术

导电杆是导电装置的重要元件，为多个金属滑环叠装、灌封式结构，由传递信号的数量决定了其环路的数量，是一类精密机械元件。通过导电装置的“Π”型电刷与其V型环槽对称双接触，借助电刷的弹性压力来传递信号及电流。导电杆的V型槽尺寸小，精度要求高。如图7、8所示，导电杆V型环槽数量较大，例如包括96个V型环槽，V型环槽的槽间距要求0.44m m±0.07mm槽深0.2mm，公差范围0到-0.02mm。

对高集成度导电杆检测的一般做法是：将加工后的工件在万能工具显微镜下对V型槽逐个进行槽间距和槽深的离线测量。对没有达到精度要求的工件直接进行报废处理。这样做法存在的问题是：工件加工过程中质量不可控，采用线下测量方法对V型槽的槽间距和槽深进行测量工作繁琐，对检测人员的技能要求高，需要多次拆装，还需要额外设置导电杆检测固定工装。对检测不合格的工件只能报废处理导致废品率高，造成资源浪费和整体加工效率低下。以上这些已经成为高集成度导电杆产品高效、高质生产加工的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种针对导电杆V型槽槽间距和槽深的在位测量装置。测量时被测工件无需从车床上拆卸下来，通过CCD相机拍摄被测工件的数字图像，通过对数字图像进行处理和识别，自动测量出被测工件的所有V型槽槽间距和槽深尺寸。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：提供一种导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置，所述导电杆固定在车床上，在位测量装置包括CCD相机、镜头、可调焦距固定支架、光源、数据处理单元；

其中所述CCD相机设置在导电杆的正上方，固定在可调焦距固定支架上，所述CCD相机用于拍摄导电杆轮廓图像，并将图像传输至数据处理单元；

所述镜头固定在CCD相机上；

所述光源设置导电杆的正下方；

所述可调焦距固定支架将CCD相机固定在车床上，具有CCD相机焦距微调部件，能够实现CCD相机焦距微调；

数据处理单元用于接收并处理导电杆轮廓图像，获得导电杆V型槽间距和槽深的测量数据。

优选的，可调焦距固定支架底部具有连接部，该连接部与车床中托板的燕尾槽定位锁紧。

优选的，所述可调焦距固定支架还包括连杆，L型板和微调装置；所述CCD相机通过L型板固定在微调装置上，微调装置通过连杆夹持在可调焦距固定支架的竖直杆部分。

优选的，可调焦距固定支架还具有微调旋钮，微调旋钮通过内部的齿轮与微调装置内部的齿条啮合，实现CCD相机和镜头的上下移动。

同时提供一种所述装置的测量的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)开启光源，调整CCD相机的焦距，获得清晰的图像；

(2)采用标准件棋盘格进行位测量装置的标定；

(3)拍摄导电杆包含所有V型槽的图像，并发送至数据处理单元；

(4)数据处理单元接收所述图像后，依次提取每个V型槽的边缘序列点，具体方法为：求得像素点灰度值存在阶跃的点，所述阶跃的点即为图像边缘序列点；

(5)获得导电杆V型槽间距和槽深的数据。

优选的，获得导电杆V型槽间距和槽深的数据的具体方法为：

将所有边缘序列点进行拟合依次获得每个V型槽第一侧边和与其上部相交的第一水平边、每个V型槽第二侧边和与其上部相交的第二水平边；分别计算每个V型槽第一侧边和与其相交的第一水平边的交点坐标值和每个V型槽第二侧边和与其相交的第二水平边的交点坐标值；再计算每个V型槽两个交点的中点的坐标值；遍历每个V型槽第一侧边或第二侧边的所有边缘点，找出每个V型槽在竖直方向位置最低的点；计算第i个V型槽与第i+1个V型槽中点之间的距离，该距离即为导电杆第i个V型槽和第i+1个V型槽的槽间距，i取1到K-1，K为导电杆环槽的数量；

所述第一水平边和第二水平边共线，计算所在直线方程；计算下水平边所在直线方程，该直线经过竖直方向位置最低的点且平行于第一水平边和第二水平边所在直线；计算两条直线之间的距离，该距离即为导电杆V型槽槽深，依次计算K个V型槽槽深。

优选的，还包括步骤(7)判断每个V型槽间距和每个V型槽槽深是否在误差范围内，如果不在误差范围内则提示，将不合格导电杆环槽编号、间距和槽深标注红色。

优选的，可调焦距固定支架还具有L型板、微调装置、连杆和微调旋钮；所述CCD相机通过L型板固定在微调装置上，微调装置通过连杆夹持在可调焦距固定支架的竖直杆部分，微调旋钮通过内部的齿轮与微调装置内部的齿条啮合，实现CCD相机和镜头的上下移动；

步骤(1)中调整CCD相机的焦距具体为：通过连杆调整夹持在可调焦距固定支架的竖直杆的不同位置，实现CCD相机的焦距粗调；通过调节微调旋钮实现CCD相机的焦距的微调。

优选的，边缘序列点提取方法采用灰度值梯度算法。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明是针对导电杆V型槽槽间距和槽深的在位测量方法，该测量方法不影响加工，在导电杆生产过程中无需将产品从车床上拆卸即可实现测量，无需设置额外的导电杆固定工装，免去了重复拆装导电杆的过程；

(2)传统的测量方法采用万能工具显微镜进行人眼观察，效率低下，可靠性不高，对人员技能依赖较大，本发明采用CCD相机自动测量并计算，提高了测试效率，降低了对人员的要求。

(3)可调焦距固定支架(3)底部连接部车床(7)中托板的燕尾槽定位并锁紧，实现了CCD相机的稳定固定和焦距微调，不影响车削加工，每个导电杆生产完成之后即可在位测量，测量完成后继续进行下一个导电杆的生产，有效的将生产与测量相结合，无需单独设置检测人员。

附图说明

图1是导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置系统示意图；

图2是可调焦距固定支架结构示意图；

图3是测量软件算法流程图；

图4是提取V型槽边缘序列点示意图；

图5是提取V型槽中心点示意图；

图6是提取V型槽上下水平边示意图。

图7是导电杆及V型槽示意图；

图8是导电杆及V型槽局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图实例，对本发明内容作进一步描述。

参阅图1，图2，该装置包括安装有镜头2的CCD相机1。CCD相机1通过L型板10固定在微调装置11上，微调装置11通过连杆8夹持在可调焦距在支架3的竖直杆部分。微调旋钮9通过内部的齿轮与微调装置11内部的齿条啮合，实现CCD相机1和镜头2的上下移动。焦距可调固定支架3通过其底部两侧的燕尾槽固定在车床7中托板上。光源5位于导电杆4的正下方。数据处理单元6通过数据线与CCD相机1相连接。所述可调焦距固定支架3还包括连杆8，L型板10和微调装置11。

被测工件4在加工完之后仍然固定在机床主轴上，未拆卸，进行在位测量。光源5位于被测工件的正下方，发出竖直方向平行光线照射被测工件4。CCD相机1位于被测工件正上方，加装镜头2。照相系统通过焦距可调固定支架3固定在车床中托板上，该相机固定机械支架可以实现相机位置的粗调节和焦距的精密微调。CCD相机1通过数据线将拍摄的照片传送到数据处理单元6，数据处理单元6上安装有专用测量软件，对图像进行采集、预处理、轮廓提取、尺寸测量等一系列操作，最终达到导电杆V型槽槽间距和槽深的在位测量的目的。

所述的CCD相机1具有6576×4384像素的分辨率和高成像质量，具有闪光灯控制信号输出，图像尺寸、亮度、增益、帧率、曝光时间可编程设置。

所述的镜头2，无光学失真，大景深，工作距离可调，可以根据测量精度确定放大倍数。其与CCD相机1通过螺纹固定和连接。

参见附图2，所述的焦距可调固定支架3，底座为燕尾槽形状的连接部，尾部倾斜的角度为55度，底部一端为固定燕尾槽，另一端(带旋钮一端)为活动燕尾槽。底座嵌套安装在机床中托板的燕尾部上，通过活动燕尾槽固定螺钉进行固定。

所述的被测工件4固定在机床主轴上，加工后无需拆卸，进行在位测量。

所述的光源5为平行的LED白色光源，具有较大的照射面积，照射角度和安装方向可根据需要进行调节。

所述的数据处理单元6安装有支持12位图像灰度等级和百万像素图像点阵的图像采集卡和专用测量软件。

具体工作过程如下：

(1)依次打开数据处理单元6的计算机、光源5，调节连杆8的高度和微调旋钮9以获得清晰的图像。

(2)通过标准件棋盘格对CCD相机1进行标定，得到对应标准尺寸和数字图像像素之间的对应关系。

(3)装夹导电杆4，参阅图1，图7，导电杆前端(左端)与车床拉管内孔定位装夹，尾端(右端)通过与车床尾座顶尖进行固定，以此保证定位精度。

(4)拍摄导电杆4的数字图像，发送至数据处理单元6。

(5)参阅图4，数据处理单元收到导电杆图像后，求得像素点灰度值存在阶跃的点，提取所述阶跃的点，即为每个V型槽的边缘序列点12。遍历所有边缘序列点，找出其中在竖直方向位置最低的点，即为V型槽最低点22；

(6)参阅图5，将所有边缘点进行拟合获得每个V型槽第一侧边13和与其上部相交的第一水平边14、每个V型槽第二侧边16和与其上部相交的第二水平边15；分别计算每个V型槽第一侧边13和与其相交的第一水平边14的第一水平交点17坐标值和每个V型槽第二侧边16和与其相交的第二水平边15的第二水平交点18坐标值；再计算每个V型槽两个水平交点的中点19的坐标值；计算第i个V型槽与第i+1个V型槽中点之间的距离，该距离即为导电杆V型槽间距，i取1到K-1，K为导电杆环槽的数量；

(7)参阅图6，所述第一水平边14和第二水平边15共线，计算所在上水平边20直线方程；计算通过V型槽最低点22，且与上水平边20所在直线平行的下水平直线21所在直线方程。计算下水平直线21到上水平边20的距离，该距离即为导电杆V型槽槽深，依次计算K个V型槽槽深。

(8)通过以上步骤可以测量出被测件4的所有V型槽槽间距和槽深的一组尺寸。根据所测数据判断每个V型槽间距和每个V型槽槽深是否在误差范围内，如果不在误差范围内则提示将不合格导电杆环槽编号、间距和槽深标注红色。

采用本发明的方法使得导电杆的测量时间由大于1小时缩减至1分钟，测量效率明显提高。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种基于导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置的测量方法，所述导电杆(4)固定在车床(7)上，所述导电杆V型槽间距和槽深的在位测量装置包括CCD相机(1)、镜头(2)、可调焦距固定支架(3)、光源(5)、数据处理单元(6)；

其中所述CCD相机(1)设置在导电杆(4)的正上方，固定在可调焦距固定支架(3)上，所述CCD相机(1)用于拍摄导电杆(4)轮廓图像，并将图像传输至数据处理单元(6)；

所述镜头(2)固定在CCD相机(1)上；

所述光源(5)设置导电杆(4)的正下方；

所述可调焦距固定支架(3)将CCD相机(1)固定在车床(7)上，具有CCD相机焦距微调部件，能够实现CCD相机(1)焦距微调；

数据处理单元(6)用于接收并处理导电杆轮廓图像，获得导电杆V型槽间距和槽深的数据；

可调焦距固定支架(3)底部具有连接部，该连接部与车床(7)中托板定位锁紧；

所述可调焦距固定支架(3)还包括连杆(8)，L型板(10)和微调装置(11)；

所述CCD相机(1)通过L型板(10)固定在微调装置(11)上，微调装置(11)通过连杆(8)夹持在可调焦距固定支架(3)的竖直杆部分；

可调焦距固定支架(3)还具有微调旋钮(9)，微调旋钮(9)通过内部的齿轮与微调装置(11)内部的齿条啮合，实现CCD相机(1)和镜头

(2)的上下移动；

其特征在于测量方法包括如下步骤：

(1)开启光源，调整CCD相机(1)的焦距，获得清晰的图像；

(2)采用标准件棋盘格进行在位测量装置的标定；

(3)拍摄导电杆(4)包含所有V型槽的图像，并发送至数据处理单元(6)；

(4)数据处理单元(6)接收所述图像后，依次提取每个V型槽的边缘序列点(12)，具体方法为：求得像素点灰度值存在阶跃的点，所述阶跃的点即为图像边缘序列点(12)；

(5)获得导电杆V型槽间距和槽深的数据；

获得导电杆V型槽间距和槽深的数据的具体方法为：

将所有边缘序列点(12)进行拟合依次获得每个V型槽第一侧边(13)和与其上部相交的第一水平边(14)、每个V型槽第二侧边(16)和与其上部相交的第二水平边(15)；分别计算每个V型槽第一侧边(13)和与其相交的第一水平边(14)的交点(17)坐标值和每个V型槽第二侧边(16)和与其相交的第二水平边(15)的交点(18)坐标值；再计算每个V型槽两个交点的中点(19)的坐标值；遍历每个V型槽第一侧边(13)或第二侧边(16)的所有边缘点，找出每个V型槽在竖直方向位置最低的点(22)；计算第i个V型槽与第i+1个V型槽中点之间的距离，该距离即为导电杆第i个V型槽和第i+1个V型槽的槽间距，i取1到K-1，K为导电杆环槽的数量；

所述第一水平边(14)和第二水平边(15)共线，计算所在直线方程；计算下水平边所在直线(21)方程，该直线经过竖直方向位置最低的点(22)且平行于第一水平边(14)和第二水平边(15)所在直线；计算两条直线之间的距离，该距离即为导电杆V型槽槽深，依次计算K个V型槽槽深。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括步骤(6)判断每个V型槽间距和每个V型槽槽深是否在误差范围内，如果不在误差范围内则提示，将不合格导电杆环槽编号、间距和槽深进行标注。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述可调焦距固定支架(3)还具有L型板(10)、微调装置(11)、连杆(8)和微调旋钮(9)；所述CCD相机(1)通过L型板(10)固定在微调装置(11)上，微调装置(11)通过连杆(8)夹持在可调焦距固定支架(3)的竖直杆部分，微调旋钮(9)通过内部的齿轮与微调装置(11)内部的齿条啮合，实现CCD相机(1)和镜头(2)的上下移动；

步骤(1)中调整CCD相机(1)的焦距具体为：通过连杆(8)调整夹持在可调焦距固定支架(3)的竖直杆的不同位置，实现CCD相机(1)的焦距粗调；通过调节微调旋钮(9)实现CCD相机(1)的焦距的微调。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，边缘序列点提取方法采用灰度值梯度算法。