一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法及装置

摘要

本发明提供了一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法，包括如下步骤：步骤[1]制作标准轴，标定摄像机参数；步骤[2]获取曲轴零件图像；步骤[3]分析提取曲轴零件图像轴线特征；步骤[4]计算曲轴曲拐偏心参数；步骤[5]重复步骤[3]和步骤[4]，完成十组不同曲轴位姿图像的曲拐偏心参数求取，去除十个静态数据中的最大值和最小值，取剩余数据的平均值作为最终的曲拐偏心值。本发明还提供一种曲轴曲拐偏心的视觉测量装置，包括铝型材组成的长方体状机架及设置在机架上的垂直摄像机和水平摄像机。本发明降低了曲拐偏心的测量时间且提高了曲拐偏心的测量精度，提高了曲轴生产线加工效率，同时降低了对曲拐偏心的测量成本。

主权项

一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法，其特征在于：包括按顺序进行的如下步骤：步骤[1]制作标准轴，标定摄像机参数：1.1在直径为16mm的圆轴上分别沿90度正交方向交错开出5mm×5mm的两组方形孔；1.2将标准轴上摄像机正面所对的半轴部分铣去，使标定所用的角点特征位于标定轴的中心轴面上；1.3在标定轴一端设计重心调节质量块，使得标定轴在其作用下两组方形孔端面的方向分别为水平和竖直，与相对应摄像机的光轴保持垂直，以保证两个正交方向图像的准确性。1.4轴向平移或旋转标准轴，共获取水平和垂直方向上的五组带有特征角点的标定图像，并进行角点检测，提取检测到特征角点的图像坐标值(C_1x，C_1y)、(C_2x，C_2y)；1.5由公式(1)分别计算五组图像坐标之于零件尺寸的像素当量因子：$K=\frac{l}{\sqrt{{(C_{1x}-C_{2x})}^2+{(C_{1y}-C_{2y})}^2}}(mm/pixel)$    公式(1)(其中表示标定方格上两点的距离)1.6去掉五组数据的最大值和最小值，求取剩下值的平均值作为最佳的像素当量因子，完成水平及垂直方向两个摄像机的参数标定。步骤[2]曲轴零件图像获取：调整好曲轴零件的角度，保持曲轴零件位置不变，分别按顺序获取同一位姿水平和垂直方向上的曲轴零件轮廓图像，拍摄同一曲轴零件不同角度位姿的图像共十组。步骤[3]曲轴零件图像轴线特征分析提取：3.1对获取的曲轴零件图像进行边缘特征去噪拟合；3.2曲轴零件图像轴向方向上的四条直线检测和提取：对边缘去噪拟合后的零件图像采用传统直线检测方式提取直线，在一幅图像上可获得直线特征共6条，分别是四条轴颈轮廓直线和两个轴肩端面在图像上呈现的直线两条；3.3曲轴零件图像中的两个轴线拟合提取：对所述单一轴颈上的两条轮廓直线特征，采用如下算法进行轴线拟合并提取：(1)分别计算两条轴向轮廓直线在图像坐标系内的直线表示方程；(2)由于直线特征检测误差的存在，在图像坐标精度内，同一轴颈上的两条直线轮廓可能不会精确平行，故采用如下的拟合算法完成轴线提取：a、从轴颈对应轴肩端面的外法向方向开始，沿轴向以固定像素个数为步值做虚拟径向直线多条，所作直线将两条轴向轮廓直线分割成一系列成对的像素点，为适应不同分辨率摄像机的轴心直线拟合，提出一个由摄像机分辨率决定直线拟合步值和虚拟直线数目的数学公式(2)：公式(2)其中Step表示单步像素值，Nums_L表示所作虚拟直线总数，L为曲轴两个轴颈中相对较长的一个，K为像素当量因子。b、分别计算求取单对像素点连接线段的中点坐标；c、采用最小二乘回归方法将所得中点像素点集拟合，得到单一轴颈的轴线。(3)重复上述步骤完成曲轴两个轴颈的轴线信息提取。步骤[4]曲轴曲拐偏心参数计算：4.1单幅图像上曲轴曲拐偏心参数计算：由图像坐标系内两条轴颈轴线信息可知，若两条直线方程斜率相同，即两轴线平行，那么曲拐偏心为零；若两轴线不平行，可知在图像坐标系内两直线必相交，由推导式(1)获取在图像坐标系内两条类水平直线的偏心参数求解值：其中两个直线方程来自图像坐标系的曲轴直线信息，θ_m代表两条直线夹角，e_p和e_m分别是图像坐标系和世界坐标系下(单方向)的曲轴曲拐偏心测量值。4.2曲轴曲拐偏心参数的矢量合成：通过两幅正交曲轴图像计算的曲拐偏心，对曲轴同一位姿的一组曲拐偏心参数e₁、e₂进行空间坐标的矢量合成，由推导式(2)得到曲轴实际的曲拐偏心值e：l₁为轴曲轴线在xoy面投影所得，l₂为曲轴轴线在xoz面投影所得，则投影轴线的空间矢量合成表示为设为一条沿空间x轴正向且长度为L的参考直线(因为由曲拐偏心参数合成所得，所以此处设置参考直线即可)，所得θ即为两轴颈轴心直线夹角，将曲拐偏心值e表示为L:e，即在曲轴上一个轴颈相对另一轴颈经过长度为L时的曲拐偏心值。步骤[5]重复步骤[3]和步骤[4]，完成十组不同曲轴位姿图像的曲拐偏心参数求取，去除十个静态数据中的最大值和最小值，取剩余数据的平均值作为最终的曲拐偏心值。