一种回转体突变截面轴向尺寸测量方法

1.一种回转体突变截面轴向尺寸高精度自动测量方法，其特征在于：
采用高精度线阵CCD光学成像技术和高精密运动控制技术，测量回转体纵截面的二维轮廓曲线，通过计算轮廓数据的离散曲率，求取回转体轮廓沿轴向方向的曲率特征点，得到突变截面的轴向位置，测得突变截面的轴向尺寸，其具体步骤是：
①.采用高精度线阵CCD光学成像技术和高精密运动控制技术，依次测量回转体沿轴向位置的轮廓径向尺寸，得到两条截面轮廓曲线；
②.求取两条截面轮廓曲线的中心线，也就确定了回转体轮廓的轴向方向；以该中心线为坐标轴，选择其上的一点为原点，建立新的直角坐标系，将与高精度线阵CCD传感器移动方向平行的坐标系下的测量数据进行坐标转换，得到新直角坐标系下的轮廓数据；
③.计算回转体轮廓曲线各点的离散曲率；
④.计算轴向方向上曲率变化大于规定阈值的特征点，该特征点就是回转体突变截面的轴向位置；
⑤.计算各个特征点的相对距离，求出突变截面的轴向尺寸。
2.如权利要求1所述的回转体突变截面轴向尺寸高精度自动测量方法，其特征在于：
回转体轮廓曲线轴向方向是同时测量回转体同一个纵截面获得的。

一种回转体突变截面轴向尺寸测量方法\n技术领域\n[0001] 本发明提出一种通用的回转体突变截面轴向尺寸的测量方法，主要用于回转体上沟槽、台阶及锥台等轴向尺寸的快速测量。\n背景技术\n[0002] 回转体是常见的零件形状，其轴向尺寸往往影响零件的装配性能或者使用性能。\n所述的回转体上具有多个沟槽、台阶、以及圆锥台等，需要测量多个轴向尺寸。对于这样复杂的回转体，快速、准确地测量沟槽、台阶以及锥台的轴向尺寸一直是一个比较难以解决的问题。现有的测量方法大致分为几种：\n[0003] 1.接触式直接测量法：采用千分尺、游标卡尺或者高度仪等测量工具或仪器对沟槽、台阶等直接测量。该方法能够测量具有平行平面的沟槽或者台阶，但是无法测量锥台的轴向尺寸。而且该方法受操作人员的影响，测量精度低、效率也不高，不容易实现自动测量。\n[0004] 2.影像法：利用光学系统投影仪器将被测零件的实际轮廓投影到影屏上，通过镜头上的刻度，读出各个台阶、沟槽或锥台的轴向尺寸。该方法要求回转体被测截面和刻线平行，否则对测量结果有很大的影响。该方法效率低，易受操作人员的影响。\n[0005] 综上所述，已经存在的长度尺寸测量方法和仪器，对于多沟槽、台阶以及锥台的回转体轴向尺寸测量，存在着一定的局限性，无法满足回转体突变截面轴向尺寸的快速准确自动测量要求。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的是提出一种通用的回转体突变截面轴向尺寸测量方法，是利用非接触传感器实现复杂截面测量，通过数据处理，解决复杂回转体突变截面轴向尺寸的测量问题。具体地说，就是采用高精度线阵CCD成像技术和高精度运动控制技术，测量回转体纵横截面的轮廓线，通过计算回转体轮廓线数据点的曲率，识别回转体轮廓截面突变的位置，从而判断突变截面的轴向距离。\n[0007] 为了达到上述发明的目的，下面详细阐述本发明的原理。一般来说，回转体形状是由相交或者相切的直线和曲线绕回转中心旋转而成的。当平行光线照射在回转体上时，回转体会遮挡一部分光线。只有超出回转体轮廓的光线才能到达回转体的背面。将高精度线阵CCD传感器和光源发射装置相对回转体对称放置，则回转体轮廓会在CCD上投射一个图形。通过图像处理技术，可以得到该处回转体的径向尺寸变化值。由于线阵CCD的宽度很窄，可以认为CCD传感器输出的就是一个轮廓点的数据。当CCD传感器和光源沿回转体轴向移动，就可以采集到回转体的整个轮廓数据。\n[0008] 上述采集的回转体轮廓数据，是在平面直角坐标系下的坐标点。由于回转体轴向和传感器的移动方向可能不一致，上述坐标轴可能和回转体轴线不平行。为此，根据取得的轮廓数据，求得两条轮廓线的中心对称线，然后选择轴线上一点为原点，以中心轴线为x轴，建立新的直角坐标系，并将原来的测量数据转换为新坐标系下的数据。这样的数据转换只是对原来的图形进行了平移和旋转，不会改变图形的形状。\n[0009] 直线或者圆弧曲线上各点的曲率是不变的，直线的曲率为零，圆弧的曲率为半径的倒数，而在直线和直线、直线和圆弧曲线的交点处，曲率会有很大的变化，这正是求取交点的理论基础。为了能够求取突变截面的轴向尺寸，计算回转体轮廓数据沿x轴方向(也就是轴向方向)上的曲率变化图。由于测量误差的存在，直线的曲率可能会是小的数值。因此，设定一个阈值δ，对于曲率值的绝对值大于δ的数据点，可以认为是轮廓上不同线段的交点，也就是回转体轮廓截面突变的地方。计算两相邻交点的轴向坐标差值，就可以求得沟槽、台阶或者锥台的轴向尺寸。\n[0010] 本发明方法的要点及步骤是：\n[0011] ①.采用高精度线阵CCD成像技术和精密运动控制技术，依次测量回转体沿轴向位置的轮廓径向尺寸，得到两条轮廓曲线。\n[0012] ②.计算两条轮廓曲线的中心对称线，并以该中心线为坐标轴，选择其上的一点为原点，建立直角坐标系，对测量数据进行坐标转换，得到新的轮廓数据。\n[0013] ③.计算回转体轮廓线上各点沿中心线方向的离散曲率；\n[0014] ④.依次搜索轴向方向上曲率变化大于规定阈值的特征点，这些点就是回转体截面突变的位置。\n[0015] ⑤.计算两相邻特征点之间的相对距离，求出突变截面的轴向尺寸。\n[0016] 有益效果\n[0017] 本发明与现有其它轴向尺寸测量方法相比具有以下优点：\n[0018] 1.由于对回转体的纵截面测量只需要测量回转体的两条轮廓线数据，对工件的定位精度要求不高。本测量方法的测量精度主要取决于CCD传感器的测量精度，与定位精度无关；\n[0019] 2.本测量方法每次测量回转体工件，可一次测量多个沟槽或台阶的轴向尺寸，测量速度快，测量程序简单，实施方便。\n[0020] 3.本测量方法采集的是回转体纵截面轮廓点的坐标，易于进行数据处理，通过编制计算机算法，和设计规范相比较，可以实现自动测量。\n[0021] 4.适用于在线测量的通用轴向尺寸测量方法。\n[0022] 本发明适合于各种回转体零件轴向尺寸的测量。\n附图说明\n[0023] 图1为本发明实施例中被测回转体的设计图。\n[0024] 图2为本发明实施例中被测回转体的一个实测纵截面轮廓图。\n[0025] 图3为本发明实施例中求取两条实测轮廓线中心线后的图形\n[0026] 图4为本发明实施例中将轮廓以中心线为x轴，选定坐标原点后建立直角坐标系的图形。\n[0027] 图5为本发明实施例中沿轴向方向轮廓数据点的曲率图形\n[0028] 图中：1-被测回转体\n实施例：\n[0029] 用本发明的方法测量如图1所示的被测回转体，需要测量各个突变截面的轴向尺寸，其实现步骤为：\n[0030] 1.将高精度线阵CCD传感器和平行光发射器位于回转体的对称两侧，回转体的轮廓在CCD上成像，利用光学图像处理技术，输出该点处回转体径向上的两个测量值，当CCD传感器沿轴向位置依次移动，就得到了两条回转体轮廓线，构成一个回转体的纵截面。由于回转体的安装误差，测量得到的回转体形状存在一定的倾斜，如图2所示。\n[0031] 2.根据测量得到的纵截面轮廓数据，求取两条母线的对称轴线，如图3所示。\n[0032] 3.以中心线和选定的点构造直角坐标系，将原来测量数据在新坐标系下的进行数据转换，如图4所示。\n[0033] 4.对图4中的轮廓线根据离散曲率公式计算各点的离散曲率，得到如图5所示的曲率变化图。可以看出，在回转体截面突变的地方，该点处的曲率会有一个较大的脉冲波形。\n[0034] 5.指定阈值δ，求取轮廓曲率线上曲率大于阈值的特征点，这些点就是回转体截面轮廓突变的点。计算相邻特征点之间的轴向差值，就可以计算出突变截面的轴向尺寸。