矩形花鍵軸作為一種典型的軸齒類零件,被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)部件中,其形位與尺寸誤差直接影響零件間的摩擦、磨損及配合性質(zhì)。由于矩形花鍵軸的外形特征及測(cè)量指標(biāo)集合了大部分機(jī)械零件的典型幾何元素及形位公差。因此,對(duì)矩形花鍵軸開(kāi)展視覺(jué)非接觸測(cè)量研究,不僅可以用于生產(chǎn)中花鍵軸的尺寸測(cè)量,還可以直接或稍加修改用于其他大部分軸盤類機(jī)械零件的尺寸測(cè)量。本文利用線結(jié)構(gòu)光激光器、工業(yè)攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建了線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng),根據(jù)花鍵軸的幾何特征,提出了一種基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的花鍵軸全尺寸測(cè)量方法,其中包括:花鍵軸的直徑(大、小徑)、同軸度、鍵寬和各鍵位置度。首先,本文對(duì)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)中光條中心點(diǎn)檢測(cè)算法和線結(jié)構(gòu)光標(biāo)定算法進(jìn)行研究。論文基于金字塔降采樣及灰度值匹配方法確定圖像中光條區(qū)域進(jìn)行,并在確定的區(qū)域中采用Steger算法獲得光條中心點(diǎn)的像素坐標(biāo),該方法在保證檢測(cè)精度的前提下,提高了光條中心點(diǎn)的檢測(cè)速度。在線結(jié)構(gòu)光標(biāo)定算法中,本文利用空間幾何關(guān)系建立誤差點(diǎn)判定條件,對(duì)參與結(jié)構(gòu)光標(biāo)定的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行篩選,克服了原有只通過(guò)圖像灰度信息判斷誤差點(diǎn)的局限。其次,根據(jù)矩形花鍵軸的幾何特點(diǎn)可知,當(dāng)線激光器投射出的光束平面(本文中將統(tǒng)稱為光平面)與花鍵軸相交時(shí),在該截交面上花鍵軸的大、小直徑分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)空間橢圓的短軸直徑,利用該幾何關(guān)系本文分別建立了花鍵軸大、小徑及同軸度的測(cè)量模型。在直徑測(cè)量中,以與光平面平行的平面作為坐標(biāo)面建立局部坐標(biāo)系,利用該坐標(biāo)系將空間橢圓擬合問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面橢圓擬合問(wèn)題,利用花鍵軸軸線與光平面的交點(diǎn),通過(guò)計(jì)算花鍵軸表面上光條中心點(diǎn)到交點(diǎn)的距離對(duì)花鍵軸不同區(qū)域的中心點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)劃分,為花鍵軸尺寸及公差的自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。在同軸度測(cè)量中,本文利用平移滑臺(tái)獲得多個(gè)光平面與花鍵軸的截交面,利用整體最小二乘法獲得小徑對(duì)應(yīng)圓柱的軸線方程,并計(jì)算每個(gè)截面上大徑對(duì)應(yīng)橢圓中心點(diǎn)到軸線的距離,基于最小包容原則獲得同軸度誤差。再次,本文提出了鍵寬及各鍵位置度的測(cè)量原理。在鍵寬測(cè)量中,將花鍵軸旋轉(zhuǎn)并記錄每次的旋轉(zhuǎn)角度,利用坐標(biāo)變換關(guān)系可以將花鍵側(cè)面上所有光條中心點(diǎn)還原至旋轉(zhuǎn)的初始位置,建立與軸線垂直的投影平面,將花鍵側(cè)面上所有中心點(diǎn)向該平面投影,利用其中一側(cè)面上的中心點(diǎn)擬合直線,并計(jì)算另一側(cè)面上中心點(diǎn)到擬合直線的距離獲得每個(gè)鍵的鍵寬。在鍵寬測(cè)量的基礎(chǔ)上,依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T1144-2001中推薦的位置度誤差測(cè)量方法,提出了一種利用距離迭代的花鍵位置度測(cè)量算法。最后,通過(guò)本文搭建的線結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)及各尺寸、公差的測(cè)量算法,對(duì)矩形花鍵軸進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,并將測(cè)量結(jié)果與三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x獲得的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了本文測(cè)量方法的正確性及可行性。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH133.2
【部分圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論1.1 課題的背景及研究意義本文以矩形花鍵軸為研究對(duì)象，提出了基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)的矩形花鍵軸測(cè)方法，為矩形花鍵軸的非接觸測(cè)量提供了一種新的技術(shù)途徑。1.1.1 課題的背景視覺(jué)測(cè)量[1]是計(jì)算機(jī)視覺(jué)的重要分支，該技術(shù)是以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為理論基礎(chǔ)，對(duì)二或灰度圖像進(jìn)行有效處理，并得到精確測(cè)量值的方法。

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論1.1 課題的背景及研究意義本文以矩形花鍵軸為研究對(duì)象，提出了基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)的矩形花鍵軸測(cè)方法，為矩形花鍵軸的非接觸測(cè)量提供了一種新的技術(shù)途徑。1.1.1 課題的背景視覺(jué)測(cè)量[1]是計(jì)算機(jī)視覺(jué)的重要分支，該技術(shù)是以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為理論基礎(chǔ)，對(duì)二或灰度圖像進(jìn)行有效處理，并得到精確測(cè)量值的方法。

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文的傳動(dòng)性能[5-7]。因此，準(zhǔn)確、快速的矩形花鍵量，還可以為分析花鍵軸制造工藝提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)B/T1144-2001 規(guī)定，矩形花鍵軸的大徑與小徑度指標(biāo)，如圖 1.3 所示。傳統(tǒng)的花鍵軸測(cè)量方法與定在原理上有一定的近似性，經(jīng)常采用量規(guī)檢測(cè)量都需要單獨(dú)檢測(cè)，不僅測(cè)量效率低且這些在線檢測(cè)。以光學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)的非接觸花鍵軸測(cè)量方法中，有的方法無(wú)法達(dá)到高，有的無(wú)法實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量。因此，在工程實(shí)此前提下，為實(shí)現(xiàn)矩形花鍵軸的快速、準(zhǔn)確測(cè)技術(shù)的矩形花鍵軸測(cè)量方法。

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