[發明專利]一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置和方法

有效

• 申請號: 201310566469.7
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103604389B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 蔡艷;孫大為;朱俊杰;吳毅雄;葉連祥;田華;胡志云
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海納鐵福傳動軸有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種基于三角測量法的非接觸式測量方法及測量裝置，尤其涉及一種外星輪花鍵尺寸專用的非接觸式測量方法及測量裝置，屬于非接觸式測量領域。

背景技術

外星輪作為汽車傳動軸的主要零件，其花鍵的尺寸精度是重要的質量指標。傳統測量花鍵尺寸的方法主要通過綜合環規接觸式測量，存在如下的問題：量規爭議，用新量規和舊量規檢驗同一個工件的花鍵可能會出現不同的檢驗結論；檢測效率低，難以滿足快速、大批量生產的要求；誤差較大，對量規的磨損會降低測量精度，由于采用人工測量，會造成一定程度的人為誤差。經過相關調研，目前在國內外均尚未發現花鍵非接觸式測量方法或系統的報道。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種可用于外星輪花鍵測量的非接觸式測量方法。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種用于外星輪花鍵測量的非接觸式測量方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，基于三角測量法制成，包括激光器、相機、鏡頭和用于固定被測物的機械結構。

優選地，激光器選用20mW大發散角條形激光器。

優選地，相機選用500萬像素CCD相機。

優選地，鏡頭選用50mm定焦鏡頭。

優選地，用于固定被測工件的機械結構，包括底部的轉盤和頂部的頂針，頂針下壓后，被測工件軸向固定。所述轉盤由伺服電機帶動。由伺服電機帶動的轉盤和同步轉動的頂針結構，具有較高的動態精度，減少了機械結構磨損帶來的精度下降。

本發明還提供了利用上述裝置測量外星輪花鍵尺寸的方法，包括以下步驟：

步驟一、按三角測量法要求，校準測量裝置。要求工件軸線垂直，激光結構光水平；鏡頭光心線與工件旋轉軸共面；激光結構光在基準面上的直線在圖像中心位置；激光結構光中心與鏡頭光心線共面。

步驟二、打開激光器，記錄激光光斑像素坐標和CCD中心點像素坐標，計算出激光光斑離CCD中心點的縱向和橫向距離；

步驟三、記錄基準面與工件軸線之間的距離、鏡頭焦距、物距和激光入射角，利用三角形各邊的比例關系，計算花鍵表面激光輪廓點距離其所在花鍵橫截面中心的距離；

步驟四、工件繞軸線轉動一圈，并依次測量和計算，最后獲得同一橫截面花鍵的齒形數據。

更詳細的測量步驟如下：

步驟一、激光呈固定角度照射在工件表面，通過校準，使得激光、相機和工件物理位置關系滿足三角測量法要求。

步驟二、N_y為激光光斑縱向像素坐標，N_x為激光光斑橫向像素坐標，Y₀為CCD中心點的縱向像素坐標，X₀為CCD中心點的橫向像素坐標，i₀為CCD像素大小；記錄N_y、N_x、Y₀、X₀、i₀各自的數據；

h為激光光斑在CCD上的像距離圖像中心的縱向距離，H為激光光斑在CCD上的像距離圖像中心的橫向距離，按照如下公式：

h=（N_y-Y₀）×i₀；H=（N_x-X₀）×i₀；

分別計算出h和H的數值。

步驟三、通過標定和計算，得出相機參數和激光入射角度，相機參數包括焦距和物距，激光入射角度是指入射光線和光軸之間的夾角。R為基準面與工件軸線之間的距離，f為焦距，PA為物距，α為激光入射角；分別記錄R、f、PA、α的數值；

利用三角形各邊的比例關系，按下列公式：