[發(fā)明專利]一種在線非接觸式軸徑測量方法

有效

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• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113446952B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 李學哲;羅建國;付永欽;李清林;張嘉洋;張涵;黃亞坤;韓宇
• 申請（專利權）人: 華北科技學院(中國煤礦安全技術培訓中心）
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 賀湘君

本發(fā)明涉及一種軸徑在線非接觸式精密測量方法，屬于幾何量精密測量技術領域。本發(fā)明提出一種基于2D激光測量和全量程標定校準的軸徑在線精密測量方法，該方法采用2D激光輪廓傳感器同步采集檢驗剖面的二維坐標數據，基于采集的坐標數據和最小二乘擬合算法求解被測軸的半徑，采用全量程標定校準方法建立軸徑測量誤差模型，利用誤差補償算法實時補償系統(tǒng)的非線性誤差，提高軸徑測量的精度，該方法解決了軸類工件的快速、非接觸、在線、高精度軸徑測量的問題。本發(fā)明相對測量誤差小于0.5％。

技術領域

本發(fā)明涉及幾何量精密測量技術領域，涉及一種在線非接觸式軸徑測量方法。

背景技術

軸類零件是各種機械裝置的核心部件，它主要用來支撐傳動零部件、承受載荷和傳遞扭矩，廣泛應用于航空航天、軍工領域及國民經濟的各行各業(yè)。軸徑是軸類零件的重要基礎參數，其測量和制造精度直接關系到軸類零件與其它零部件的配合效能，對提高機械設備運行精度和壽命具有重要作用。

目前，軸徑測量的方法有很多，主要包括量儀法、三坐標測量法、機器視覺法、激光測量法等。量儀法主要利用專用量規(guī)、游標卡尺、螺旋測微儀等標準量具，手動、離線完成軸徑的測量和評價，該方法原理簡單、易于操作，但自動化程度低，無法滿足高效率、在線軸徑測量的需求，只能作為輔助檢測手段，用于車間現場的軸徑過程質量檢查；三坐標測量法在標準的三坐標測量機上選用高精度觸發(fā)測頭，基于逐點接觸采集的檢驗剖面坐標數據和專用算法，自動計算和分析軸徑測量結果，該方法具有通用性強、精度高等特點，但接觸式、離線測量，限制了測量的效率和適應性；機器視覺法采用圖像處理技術快速測量軸類工件的直徑，具有非接觸、高效率等優(yōu)點，但受技術水平的限制，其測量精度還有待進一步提高，無法滿足高精度軸徑測量的技術需求；隨著激光測量技術的進步，基于各種激光傳感器的光學非接觸式測量技術成為了軸徑測量的重要研究方向，但是受測量原理的限制，該方法的誤差影響因素較多，在光學適應性、測量精度、可靠性等方面還有待深入研究。

綜上，目前的軸徑測量方法各有優(yōu)缺點，其發(fā)展經歷了從手動到自動、從接觸到非接觸、從離線到在線的過程，隨著技術的進步，非接觸式軸徑在線自動測量技術終將成為研究的主流方向。本發(fā)明提出一種基于2D激光測量和全量程標定校準的軸徑在線精密測量方法，該方法測量精度高、靈活高效，可實現軸類工件半徑的非接觸在線測量，在實際工程應用中具有較好的實用價值。

發(fā)明內容

(一)解決的技術問題

本發(fā)明目的在于克服現有技術存在的不足，而提出一種基于2D激光測量和全量程標定校準的軸徑在線精密測量方法。

(二)技術方案

一種在線非接觸式軸徑測量方法，采用2D激光輪廓傳感器同步采集被測軸檢驗剖面的二維坐標數據，2D激光輪廓傳感器采用線激光投射于被測物體表面，一次采樣輸出光幕寬度方向X和距離方向Y兩個軸的位置數據，具有非接觸、高精度、高動態(tài)響應等技術特點，很好地解決了坐標數據的快速、精密測量問題。

進一步地，為了簡化測量模型，在被測軸上規(guī)劃一個檢驗剖面，規(guī)劃的檢驗剖面垂直于被測軸的中軸線，調整2D激光輪廓傳感器的位姿，使線激光沿檢驗剖面方向投射到被測軸表面，并確保傳感器可以采集到清晰、完整、對稱的圖像數據。

進一步地，優(yōu)化2D激光輪廓傳感器的測量模式和輪廓提取算法，提高坐標測量的精度。

進一步地，測試計算機通過USB接口與2D激光輪廓傳感器通信，利用測量軟件采集測量數據并完成軸徑計算與分析。

進一步地，為了提高測量精度，在選定的測量位置，采集k組測量數據(k10)，采用算術平均算法求解原始測量數據Q_j(x_j,y_j)，其中，j＝1,2,…,n，n為線激光坐標點數。