[發明專利]一種彈簧同心度和垂直度測量儀及其測量方法

有效

• 申請號: 200810052055.1
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101216287A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 張效棟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明屬于圖像測量技術領域，尤其涉及壓縮彈簧的同心度和垂直度測量裝置及測量方法。

背景技術

壓縮彈簧是機械結構中一種重要零部件。它經常套制在軸承上進行壓縮運動，通過兩者的緊密配合來控制整個系統的協調運動。彈簧具有良好的同心度垂直度是保證協調運動的前提，若存在偏差會對軸承產生磨損，直接影響到軸承的使用壽命和系統的穩定性，所以，對彈簧的同心度和垂直度檢測是壓縮彈簧生產流程中的重要環節。

現有對彈簧同心度和垂直度檢測的方法，主要使用標尺或標準塊靠模法，該方法完全靠人工進行，因此，測量速度低、精度難以保證，不能滿足彈簧流水線生產的需求。還有的采用輪廓投影測量儀，把彈簧放大投影到帶有二維標尺的屏幕上，通過人工觀察求解這些量，雖然測量精度高，但測量時需要對圖像進行對齊調整，測量效率低，一般用于抽樣檢驗。為了滿足壓縮彈簧大規模生產的需要，快速在線檢測系統成為研究的關鍵技術。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提供一種能夠滿足彈簧快速在線檢測的高精度彈簧同心度垂直度測量儀，并提供采用此種測量儀測量彈簧同心度垂直度的標定和測量方法。????

本發明的測量儀采用如下的技術方案：

一種彈簧同心度和垂直度測量儀，包括由下列部件：

設置在云臺上的攝像機；

置于攝像機對面的背光板，用以投射出均勻光線；

旋轉底座，用以固定待測彈簧；

氣缸和氣缸頂軸，用以固定彈簧位置，并對彈簧進行壓縮操作；

云臺，用以進行攝像機視角的調整；

計算機，用以根據攝像機采集的圖像信號進行彈簧同心度和垂直度的計算和測量。

作為進一步的優選實施方案，本發明的測量儀最好還包括嵌在底座內的半圓盤旋轉定位塊。測量儀上最好還包括用于感應定位塊的位置開關。

本發明同時提供一種采用上述的測量儀測量彈簧同心度和垂直度的方法，測量過程包括以下步驟：

(1)雙線重合調整，即保證攝像機橫向中心線和旋轉軸線重合；

(2)標定實際橫向尺寸和屏幕橫向距離之間的對應關系；

(3)利用攝像機采集待測彈簧的圖像；

(4)進行圖像處理，提取待測彈簧的邊緣頂點；

(5)在測量范圍內取頂點中最上面左右兩個點，作為彈簧的頂面端點；取最下的兩點為底面端點；

(6)分別計算出頂面端點和底面端點的距離，利用兩者差值的一半定義該位置的同心度；

(7)對兩側的頂點分別進行直線擬合，取直線斜率角與標稱值的偏差為該位置的垂直度；

(8)將旋轉底座旋轉到各個不同角度，重復執行步驟(3)至(7)，獲取不同位置的同心度和垂直度，分別取其中的最大值定義整個彈簧的同心度垂直度。

作為優選實施方式，上述測量彈簧同心度和垂直度的方法，其中的步驟(1)包括以下步驟：

(a)在采集屏幕上繪制柵線，包括屏幕橫向中心線和等距離的其他豎線，并在柵線上下繪制標尺；

(b)將標定圓柱放置于旋轉底座上，通過調整攝像機云臺，以豎線和標尺為參考，讓圓柱的像在中心線兩側對稱；

(c)循環旋轉圓柱到不同角度，重復調整云臺，確保每個角度的像都對稱。

其中的步驟(2)包括以下步驟：

(a)制作三個或三個以上直徑大小不一的圓柱，分別將其放置于旋轉底座上，利用攝像機采集它們的圖像；

(b)分別對各個圓柱的圖像進行如下處理：提取圓柱的邊界點；對其一條邊上的邊界點集合進行直線擬合；求另一邊上的不同點到該直線的距離，并計算各個不同點到直線距離的平均值，為圓柱對應的屏幕橫向大小；

(c)把各個圓柱直徑實際值和該圓柱對應的屏幕橫向大小代入實際橫向尺寸和屏幕橫向距離之間的對應關系式d＝A·D+B，式中，d是指實際橫向尺寸，D是指屏幕橫向距離，再使用最小二乘法對其中參數A，B進行求解。

本發明可用于對半徑在10mm~40mm，高度在100mm~350mm的大型壓縮彈簧進行快速檢測。通過在線檢測測試，采用本發明的測量儀，同心度和垂直度測量精度分別能夠控制在0.05mm和0.04°之內。本發明的測量儀可以完全取代壓縮彈簧生產過程中利用靠模或輪廓投影測量儀測量同心度和垂直度的方式，實現高速在線測量，具有較高的測量精度和穩定性，實現了對彈簧生產質量的控制。

附圖說明

圖1本發明的彈簧同心度和垂直度測量儀結構示意圖。

圖2雙線重合調整屏幕示意圖。

圖3攝像機所采集的彈簧圖像。

附圖標記說明如下：