[发明专利]一种弹簧同心度和垂直度测量仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于图像测量技术领域，尤其涉及压缩弹簧的同心度和垂直度测量装置及测量方法。

背景技术

压缩弹簧是机械结构中一种重要零部件。它经常套制在轴承上进行压缩运动，通过两者的紧密配合来控制整个系统的协调运动。弹簧具有良好的同心度垂直度是保证协调运动的前提，若存在偏差会对轴承产生磨损，直接影响到轴承的使用寿命和系统的稳定性，所以，对弹簧的同心度和垂直度检测是压缩弹簧生产流程中的重要环节。

现有对弹簧同心度和垂直度检测的方法，主要使用标尺或标准块靠模法，该方法完全靠人工进行，因此，测量速度低、精度难以保证，不能满足弹簧流水线生产的需求。还有的采用轮廓投影测量仪，把弹簧放大投影到带有二维标尺的屏幕上，通过人工观察求解这些量，虽然测量精度高，但测量时需要对图像进行对齐调整，测量效率低，一般用于抽样检验。为了满足压缩弹簧大规模生产的需要，快速在线检测系统成为研究的关键技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够满足弹簧快速在线检测的高精度弹簧同心度垂直度测量仪，并提供采用此种测量仪测量弹簧同心度垂直度的标定和测量方法。    

本发明的测量仪采用如下的技术方案：

一种弹簧同心度和垂直度测量仪，包括由下列部件：

设置在云台上的摄像机；

置于摄像机对面的背光板，用以投射出均匀光线；

旋转底座，用以固定待测弹簧；

气缸和气缸顶轴，用以固定弹簧位置，并对弹簧进行压缩操作；

云台，用以进行摄像机视角的调整；

计算机，用以根据摄像机采集的图像信号进行弹簧同心度和垂直度的计算和测量。

作为进一步的优选实施方案，本发明的测量仪最好还包括嵌在底座内的半圆盘旋转定位块。测量仪上最好还包括用于感应定位块的位置开关。

本发明同时提供一种采用上述的测量仪测量弹簧同心度和垂直度的方法，测量过程包括以下步骤：

(1)双线重合调整，即保证摄像机横向中心线和旋转轴线重合；

(2)标定实际横向尺寸和屏幕横向距离之间的对应关系；

(3)利用摄像机采集待测弹簧的图像；

(4)进行图像处理，提取待测弹簧的边缘顶点；

(5)在测量范围内取顶点中最上面左右两个点，作为弹簧的顶面端点；取最下的两点为底面端点；

(6)分别计算出顶面端点和底面端点的距离，利用两者差值的一半定义该位置的同心度；

(7)对两侧的顶点分别进行直线拟合，取直线斜率角与标称值的偏差为该位置的垂直度；

(8)将旋转底座旋转到各个不同角度，重复执行步骤(3)至(7)，获取不同位置的同心度和垂直度，分别取其中的最大值定义整个弹簧的同心度垂直度。

作为优选实施方式，上述测量弹簧同心度和垂直度的方法，其中的步骤(1)包括以下步骤：

(a)在采集屏幕上绘制栅线，包括屏幕横向中心线和等距离的其他竖线，并在栅线上下绘制标尺；

(b)将标定圆柱放置于旋转底座上，通过调整摄像机云台，以竖线和标尺为参考，让圆柱的像在中心线两侧对称；

(c)循环旋转圆柱到不同角度，重复调整云台，确保每个角度的像都对称。

其中的步骤(2)包括以下步骤：

(a)制作三个或三个以上直径大小不一的圆柱，分别将其放置于旋转底座上，利用摄像机采集它们的图像；

(b)分别对各个圆柱的图像进行如下处理：提取圆柱的边界点；对其一条边上的边界点集合进行直线拟合；求另一边上的不同点到该直线的距离，并计算各个不同点到直线距离的平均值，为圆柱对应的屏幕横向大小；

(c)把各个圆柱直径实际值和该圆柱对应的屏幕横向大小代入实际横向尺寸和屏幕横向距离之间的对应关系式d＝A·D+B，式中，d是指实际横向尺寸，D是指屏幕横向距离，再使用最小二乘法对其中参数A，B进行求解。

本发明可用于对半径在10mm~40mm，高度在100mm~350mm的大型压缩弹簧进行快速检测。通过在线检测测试，采用本发明的测量仪，同心度和垂直度测量精度分别能够控制在0.05mm和0.04°之内。本发明的测量仪可以完全取代压缩弹簧生产过程中利用靠模或轮廓投影测量仪测量同心度和垂直度的方式，实现高速在线测量，具有较高的测量精度和稳定性，实现了对弹簧生产质量的控制。

附图说明

图1本发明的弹簧同心度和垂直度测量仪结构示意图。

图2双线重合调整屏幕示意图。

图3摄像机所采集的弹簧图像。

附图标记说明如下：