一種密封件直徑參數測量裝置和測量方法
2024-03-08 20:00:15
一種密封件直徑參數測量裝置和測量方法
【專利摘要】本發明提供一種密封件直徑參數測量裝置，其包括密封件直徑參數測量臺、處理計算機以及控制櫃，其中所述密封件直徑參數測量臺安裝在控制櫃內部上側，密封件直徑參數測量臺包括面陣相機、供應轉接板、光學投影屏以及撥杆傳輸轉臺，面陣相機位於密封件直徑參數測量臺內部上側並與處理計算機相連接，撥杆傳輸轉臺包括基板架、撥杆、轉軸、電機、內嵌玻璃板、光電傳感器以及電機驅動控制器。採用本發明的密封件直徑參數測量裝置，可以實現密封件的自動供給、定位和分類，準確計算出密封件的內外直徑，操作靈活且簡單，可給出可視化的處理結果。
【專利說明】一種密封件直徑參數測量裝置和測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於工業零件測試【技術領域】，具體涉及一種適於密封件直徑參數自動測量裝置及相關測量方法。
【背景技術】
[0002]密封件廣泛應用於航空、航天、船舶、電力、石油、機械等行業，是解決這些行業跑、冒、滴、漏問題的關鍵零件。密封件的直徑尺寸及其圓形度關係到有效的密封效果。
[0003]在密封件內外徑尺寸檢測中，大多數生產廠家採用尺寸量規、環規儀、錐棒和SM柔性尺等工具，利用目測進行直徑尺寸測量。這些方法測量誤差較大、一致性差、速度慢、檢測周期長，缺陷產品的統計不及時，質量反饋滯後，影響了密封件的生產和產品的使用。國內外的一些公司開發了自動化檢測設備，但檢測平面是運動的，存在震動，會引起測量誤差。因此，開展密封件直逕自動檢測系統研究，提高密封件的尺寸測量精度和測量一致性，對工農業生產與建設都具有現實的意義。
[0004]由於密封件線徑為環形，只能放在平面上進行測量，對於線徑不同的密封件，現有的開發設備需要重新對焦，做標定，不能適應線徑尺寸多樣化的測量。為了進一步提高密封件測量設備的適應性，發明一套利用面雷射平行光源投影與面陣CCD採集測量的裝置，不僅適應多尺寸的測量，而且測量精度高。
【發明內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供一種密封件直徑參數測量裝置，其包括密封件直徑參數測量臺、處理計算機以及控制櫃，其中所述密封件直徑參數測量臺安裝在控制櫃內部上側，密封件直徑參數測量臺包括面陣相機、供應轉接板、光學投影屏以及撥杆傳輸轉臺，其特徵在於:面陣相機位於密封件直徑參數測量臺內部上側並由支架支撐，其配置地用於採集密封件在光學投影屏上的成像，支架固定在密封件直徑參數測量臺的一側內壁上，該面陣相機與處理計算機相連接，供應轉接板固定在密封件直徑參數測量臺的另一側內壁上並且傾斜放置，光學投影屏固定在密封件直徑參數測量臺的側壁上並位於面陣相機的正下方，撥杆傳輸轉臺位於供應轉接板和光學投影屏的下方。
[0006]優選的是,撥杆傳輸轉臺包括第一基板架、第二基板架、撥杆、轉軸、固定圈、電機、內嵌玻璃板以及光電傳感器，其中第一基板架、第二基板架、固定圈、撥杆通過轉軸連接在一起，第一基板架為正方形且為環狀，第二基板架為十字形，其內嵌在第一基板架之中且其各端均與第一基板架內環邊緣固定連接，第一基板架的厚度大於第二基板架的厚度，內嵌玻璃板由三塊長方形玻璃板拼接而成並置於第二基板架之上且內嵌卡在第一基板架之內，固定圈和撥杆位於內嵌玻璃板之上，每個撥杆的一端與轉軸連接，另一端與固定圈相連接。
[0007]優選的是，每個撥杆包括直線段和折線段，其中折線段為V字型，密封件置於撥杆的V字型段的凹陷處，撥杆在第一基板架和上沿環形分布，相鄰撥杆之間角度固定不變，此夕卜，轉軸與電機連接，電機由電機驅動控制器控制轉速，這樣電機能夠控制轉軸帶動撥杆旋轉，從而撥杆能夠帶動並控制直徑不同的密封件沿圓弧運動。
[0008]優選的是，撥杆傳輸轉臺還包括光電傳感器，該光電傳感器固定在基板架的一側，並且位於撥杆的遠端在旋轉時形成的圓周上，該光電傳感器用於當撥杆經過該光電傳感器時產生光電脈衝。
[0009]優選的是，在第一基板架內並由第二基板架分割而成的區域分為密封件入口工位區域、密封件測量工位區域、不合格密封件剔除工位區域以及合格密封件收集工位區域，其中，內嵌玻璃板中的兩塊玻璃板覆蓋密封件入口工位區域和密封件測量工位區域，內嵌玻璃板中的另一塊玻璃板在不合格密封件剔除工位區域和合格密封件收集工位區域上往復運動，上述四個區域沿轉軸逆時針順序依次分布在第一基板架環狀內的四個角落，上述順序對應密封件在第一基板架內的運動順序，其中在密封件測量工位區域上可放置標定網格板，在不合格密封件剔除工位區域的正下方設有不合格密封件收集箱，在合格密封件收集工位區域的正下方設有合格密封件收集箱。
[0010]優選的是，該密封件直徑參數測量臺還包括往復運動電機、往復運動電機控制器以及連杆，通過往復運動電機控制器控制往復運動電機，從而帶動連杆移動內嵌玻璃板。
[0011]優選的是，密封件直徑參數測量臺還包括雷射平行光管，其位於基板架的下方並且由光管支架支撐，該光管支架固定在密封件直徑參數測量臺的側壁上，使得雷射平行光管與光學投影屏相對，這樣，位於內嵌玻璃板上密封件的影像能通過雷射平行光管發射的平行光投影到光學投影屏上，面陣相機對在光學投影屏上的影像進行成像。
[0012]優選的是，在控制櫃的外表面下側的控制面板上設有總電源控制開關和總電源狀態二極體、面陣相機控制開關和面陣相機狀態顯示二極體、雷射平行光管控制開關和雷射平行光管狀態二極體、光電傳感器控制開關和光電傳感器狀態二極體以及三檔電機控制開關和三檔電機狀態二極體，其中，可以根據待測量密封件的尺寸範圍選擇不同檔位的電機控制開關，其中，總電源狀態二極體、面陣相機狀態顯示二極體、雷射平行光管狀態二極體、光電傳感器狀態二極體以及三檔電機狀態二極體分別用於顯示總電源狀態、面陣相機工作狀態、雷射平行光管工作狀態、光電傳感器工作狀態和三檔電機工作狀態。
[0013]本發明還提供一種採用上述任一項技術方案中所述密封件直徑參數測量裝置的密封件直徑參數測量方法，所述方法對密封件直徑參數和圓形度進行測量，並根據測量結果判定是否為合格品，並最終進行篩選，具體步驟是:
[0014](I)將密封件直徑參數測量裝置中的控制櫃放置於水平地面上；
[0015](2)調整密封件直徑參數測量裝置的控制櫃底盤基座上的三個調整水平底腳，同時使基板架上兩個方向的水平水泡處於水平狀態；
[0016](3)對於密封件直徑參數測量臺中室溫下的標定係數進行初始化，如果溫度不能保證在室溫，需要重新做標定；然後開啟處理計算機，打開控制櫃控制面板上的總電源控制開關，打開面陣相機控制開關，打開雷射平行光管控制開關，打開光電傳感器控制開關；在密封件測量工位區域上放置標定網格板，在處理計算機軟體界面上點擊標定即可重新標定含鏡頭畸變校正和物像關係的映射變換係數；
[0017](4)根據密封件測量範圍，選擇打開對應控制櫃中電機驅動控制器的三檔電機控制開關，從而選擇不同的電機控制算法，待測量密封件通過在供應轉接板上滑落被傳輸到基板架上的密封件入口工位區域上，隨著轉軸的旋轉，密封件在被撥杆撥到測量工位區域的過程中，密封件後的撥杆會遮擋光電傳感器並產生一個脈衝，這個脈衝會被忽略，當密封件剛被傳輸轉臺傳輸並定位到密封件測量工位區域時，電機控制轉軸反轉，密封件後的撥杆會再次遮擋光電傳感器並產生一個脈衝，後一個脈衝將觸發麵陣相機開始採集圖像，此時撥杆不會接觸到密封件，密封件的影像通過雷射平行光管發射的平行光投影到光學投影屏上，面陣相機對在光學投影屏上的影像進行成像並傳給處理計算機進行處理，處理完後的數據結果進行顯示；
[0018](5)面陣相機將形成的圖像傳輸給處理計算機，處理計算機通過圖像處理技術採集密封件(內外輪廓上的點坐標，接著根據標定得到的曲線係數進行映射變換，然後根據最小二乘擬合圓的算法，計算密封件的圓心及內外直徑，同時根據各輪廓點到圓心的分布情況推算出密封件的圓形度；
[0019](6)處理計算機還對計算結果進行判定，如果密封件的直徑參數不合格，會給往復運動電機一個啟動脈衝，其會通過連杆帶動不合格密封件剔除工位區域上的內嵌玻璃板做往復運動，從而使不合格密封件滑落到不合格密封件收集箱中，如果密封件是合格的，密封件會運動到合格工件收集工位區域，並自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱中，最終完成篩選。
[0020]優選的是，在上述步驟(5)中計算密封件直徑參數以及圓形度的具體方法如下:
[0021](I)採集獲得網格標定板影像的角點坐標:(xel, yel), (xc2, yc2) > (xc3.yc3) >…、
(Xcn，Υcn);
[0022](2)按照χ和y的獨立性，分別根據物面網格標定板角點的實際坐標，對網格標定板影像的角點坐標進行5次曲線映射，即可實現像面到物面的標定；通過標定的χ的5次曲線係數和I的5次曲線係數，即可將像面含畸變的角點坐標映射變換到不含畸變的物面坐標；
[0023](3)獲得密封件內外環輪廓上的點坐標:(xnl, ynl), (xn2, yn2)、(xn3, yn3)、…、
(Χηη，Υηη) ; (Xwl，Ywi)，(Xw2，5^2)、(Xw3，5^3)、…、(Xwn，Ywn);
[0024](4)根據5次曲線模型，利用標定的係數對坐標點進行映射變換，獲得物面實際坐標點:(x' nl.l' ni)，(X' n2.l' n2)、U' η3.l' η3) >...、U' m, l' J ',W wl.l' wi)，
(X' W2,y/ W2)、(X' W3.l' W3) > …、(X' wn.l' J;
[0025](5)根據圓的最小二乘擬合，利用映射變換點的坐標計算密封件物面實際內輪廓圓心坐標On (xn。，yno)和外輪廓圓心坐標Ow (xw。，ywo)，內直徑D1^P外直徑Dw，內輪廓和外輪廓圓形度；
[0026]定義:
[0027]
【權利要求】
1.一種密封件直徑參數測量裝置，其包括密封件直徑參數測量臺(I)、處理計算機(2)以及控制櫃(3)，其中所述密封件直徑參數測量臺(I)安裝在控制櫃(3)內部上側，密封件直徑參數測量臺(I)包括面陣相機(4)、供應轉接板(13)、光學投影屏(6)以及撥杆傳輸轉臺，其特徵在於:面陣相機(4)位於密封件直徑參數測量臺(I)內部上側並由支架(5)支撐，其配置地用於採集密封件在光學投影屏上的成像，支架(5)固定在密封件直徑參數測量臺(I)的一側內壁上，該面陣相機(4)與處理計算機(2)相連接，供應轉接板(13)固定在密封件直徑參數測量臺(I)的另一側內壁上並且傾斜放置，光學投影屏(6)固定在密封件直徑參數測量臺(I)的側壁上並位於面陣相機(4)的正下方，撥杆傳輸轉臺位於供應轉接板(13)和光學投影屏(6)的下方。
2.根據權利要求1所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:撥杆傳輸轉臺包括第一基板架(8)、第二基板架(39)、撥杆(7)、轉軸(42)、固定圈(43)、電機(14)、內嵌玻璃板(38)以及光電傳感器(18)，其中第一基板架(8)、第二基板架(39)、固定圈(43)、撥杆(7)通過轉軸(42)連接在一起，第一基板架(8)為正方形且為環狀，第二基板架(39)為十字形，其內嵌在第一基板架(8)之中且其各端均與第一基板架(8)內環邊緣固定連接，第一基板架(8)的厚度大於第二基板架(39)的厚度，內嵌玻璃板(38)由三塊長方形玻璃板拼接而成並置於第二基板架(39)之上且內嵌卡在第一基板架(8)之內，固定圈(43)和撥杆(7)位於內嵌玻璃板(38)之上，每個撥杆(7)的一端與轉軸(42)連接，另一端與固定圈(43)相連接。
3.根據權利要求2所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:每個撥杆(7)包括直線段和折線段，其中折線段為V字型，密封件(20)置於撥杆(7)的V字型段的凹陷處，撥杆(7)在第一基板架(8)和(39)上沿環形分布，相鄰撥杆(7)之間角度固定不變，此外，轉軸(43)與電機(14)連接，電機(14)由電機驅動控制器(11)控制轉速，這樣電機(14)能夠控制轉軸(43)帶動撥杆(7)旋轉，從而撥杆(7)能夠帶動並控制直徑不同的密封件(20)沿圓弧運動。
4.根據權利要求3所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:撥杆傳輸轉臺還包括光電傳感器(18),該光電傳感器(18)固定在基板架(8)和(39)的一側，並且位於撥杆(7)的遠端在旋轉時形成的圓周上，該光電傳感器(18)用於當撥杆(7)經過該光電傳感器(18)時產生光電脈衝。
5.根據權利要求4所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:在第一基板架(8)內並由第二基板架(39)分割而成的區域分為密封件入口工位區域(19)、密封件測量工位區域(17)、不合格密封件剔除工位區域(22)以及合格密封件收集工位區域(21)，其中，內嵌玻璃板(38)中的兩塊玻璃板覆蓋密封件入口工位區域(19)和密封件測量工位區域(17)，內嵌玻璃板(38)中的另一塊玻璃板在不合格密封件剔除工位區域(22)和合格密封件收集工位區域(21)上往復運動，上述四個區域沿轉軸逆時針順序依次分布在第一基板架(8)環狀內的四個角落，上述順序對應密封件(20)在第一基板架(8)內的運動順序，其中在密封件測量工位區域(17)上可放置標定網格板，在不合格密封件剔除工位區域(22)的正下方設有不合格密封件收集箱(15)，在合格密封件收集工位區域(21)的正下方設有合格密封件收集箱(16)。
6.根據權利要求5所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:該密封件直徑參數測量臺⑴還包括往復運動電機(23)、往復運動電機控制器(12)以及連杆(24、25)，通過往復運動電機控制器(12)控制往復運動電機(23)，從而帶動連杆(24、25)移動內嵌玻璃板(38)。
7.根據權利要求6所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:密封件直徑參數測量臺(I)還包括雷射平行光管(9)，其位於基板架(8)和(39)的下方並且由光管支架(10)支撐，該光管支架(10)固定在密封件直徑參數測量臺(I)的側壁上，使得雷射平行光管(9)與光學投影屏(6)相對，這樣，位於內嵌玻璃板(38)上密封件(20)的影像能通過雷射平行光管(9)發射的平行光投影到光學投影屏(6)上，面陣相機(4)對在光學投影屏(6)上的影像進行成像。
8.根據權利要求7所述的密封件直徑參數測量裝置，其特徵在於:在控制櫃(3)的外表面下側的控制面板上設有總電源控制開關(26)和總電源狀態二極體(27)、面陣相機控制開關(34)和面陣相機狀態顯示二極體(35)、雷射平行光管控制開關(32)和雷射平行光管狀態二極體(33)、光電傳感器控制開關(30)和光電傳感器狀態二極體(31)以及三檔電機控制開關(36)和三檔電機狀態二極體(37)，其中，可以根據待測量密封件(20)的尺寸範圍選擇不同檔位的電機控制開關，其中，總電源狀態二極體(27)、面陣相機狀態顯示二極體(35)、雷射平行光管狀態二極體(33)、光電傳感器狀態二極體(31)以及三檔電機狀態二極體(37)分別用於顯示總電源狀態、面陣相機工作狀態、雷射平行光管工作狀態、光電傳感器工作狀態和三檔電機工作狀態。
9.一種採用上述權利要求1-8中任一項所述密封件直徑參數測量裝置的密封件直徑參數測量方法，所述方法對密封件直徑參數和圓形度進行測量，並根據測量結果判定是否為合格品，並最終進行篩選，其特徵在於:具體步驟是: (1)將密封件直徑參數測量裝置中的控制櫃(3)放置於水平地面上； (2)調整密封件直徑參數測量裝置的控制櫃(3)底盤基座上的三個調整水平底腳，同時使基板架(8)上兩個方向的水平水泡處於水平狀態； (3)對於密封件直徑參數測量臺(I)中室溫下的標定係數進行初始化，如果溫度不能保證在室溫，需要重新做標定；然後開啟處理計算機(2)，打開控制櫃(3)控制面板上的總電源控制開關(26)，打開面陣相機控制開關(34)，打開雷射平行光管控制開關(32)，打開光電傳感器控制開關(30);在密封件測量工位區域(17)上放置標定網格板，在處理計算機(2)軟體界面上點擊標定即可重新標定含鏡頭畸變校正和物像關係的映射變換係數； (4)根據密封件測量範圍，選擇打開對應控制櫃(3)中電機驅動控制器(11)的三檔電機控制開關(36)，從而選擇不同的電機控制算法，待測量密封件(20)通過在供應轉接板(13)上滑落被傳輸到基板架(8)上的密封件入口工位區域(19)上，隨著轉軸的旋轉，密封件(20)在被撥杆(7)撥到測量工位區域(17)的過程中，密封件(20)後的撥杆(7)會遮擋光電傳感器(18)並產生一個脈衝，這個脈衝會被忽略，當密封件(20)剛被傳輸轉臺傳輸並定位到密封件測量工位區域(17)時，電機(14)控制轉軸反轉，密封件(20)後的撥杆(7)會再次遮擋光電傳感器(18)並產生一個脈衝，後一個脈衝將觸發麵陣相機(4)開始採集圖像，此時撥杆(7)不會接觸到密封件(20)，密封件(20)的影像通過雷射平行光管(9)發射的平行光投影到光學投影屏(6)上，面陣相機(4)對在光學投影屏(6)上的影像進行成像並傳給處理計算機(2)進行處理，處理完後的數據結果進行顯示；(5)面陣相機(4)將形成的圖像傳輸給處理計算機(2)，處理計算機(2)通過圖像處理技術採集密封件(20)內外輪廓上的點坐標，接著根據標定得到的曲線係數進行映射變換，然後根據最小二乘擬合圓的算法，計算密封件的圓心及內外直徑，同時根據各輪廓點到圓心的分布情況推算出密封件的圓形度； (6)處理計算機(2)還對計算結果進行判定，如果密封件(20)的直徑參數不合格，會給往復運動電機(23) —個啟動脈衝，其會通過連杆(24、25)帶動不合格密封件剔除工位區域(22)上的內嵌玻璃板(38)做往復運動，從而使不合格密封件(20)滑落到不合格密封件收集箱(15)中，如果密封件是合格的，密封件會運動到合格工件收集工位區域(21)，並自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱(16)中，最終完成篩選。
10.根據權利要求9所述的密封件直徑參數測量方法，其特徵在於:在上述步驟(5)中計算密封件直徑參數 及圓形度的具體方法如下:
(1)採集獲得網格標定板影像的角點坐標:(Xel,yci)，(xc2, yc2)、(xc3.yc3)、…、(xcn.yJ ； (2)按照X和y的獨立性，分別根據物面網格標定板角點的實際坐標，對網格標定板影像的角點坐標進行5次曲線映射，即可實現像面到物面的標定；通過標定的X的5次曲線係數和I的5次曲線係數，即可將像面含畸變的角點坐標映射變換到不含畸變的物面坐標； (3)獲得密封件內外環輪廓上的點坐標:(xnl,ynl), (xn2，yn2)、(χη3，yn3)、…、(xm, ym)；(Xwl，ywi)，(xw2) yw2)、(Xw3，yw3)、…、(Xwn，Ywn); (4)根據5次曲線模型，利用標定的係數對坐標點進行映射變換，獲得物面實際坐標點:(X' nl，y' ni)，(X' n2，y' n2) >Y ' J、...、U ' nn, Y ； J ; U ' wl.Y ； J，(X' w2.Y1 W2)、(X' W3.Y1 W3) > …、(X' wn.l' wn)； (5)根據圓的最小二乘擬合，利用映射變換點的坐標計算密封件物面實際內輪廓圓心坐標On(xn。，yno)和外輪廓圓心坐標Ow (xw。，ywo)，內直徑D1^P外直徑Dw，內輪廓和外輪廓圓形度；
【文檔編號】G01B11/08GK104019756SQ201410270613
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】雷志勇, 高俊釵, 王澤民, 李翰山, 李靜, 雷鳴 申請人:西安工業大學