CN111964611A - 一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置，涉及轴类零件直线度误差测量技术，目的是为了解决传统接触式测量方法易损伤零件，且精度低、效率低的问题。所述装置包括基座单元、位于所述基座单元上的视觉检测单元和旋转夹紧单元；所述基座单元的底座位于XY平面内；所述视觉检测单元包括能够沿X、Y和Z三个方向移动的相机；所述旋转夹紧单元包括电动旋转平台、三爪卡盘和能够沿Z方向移动的V型块，所述三爪卡盘设置在所述电动旋转平台上，所述V型块两定位面的交线与三爪卡盘的回转中心同轴。本发明能够减小细长轴类零件检测时所产生的弯矩，提高了检测精度，检测的重复性好，可用于细长轴类零件直线度误差的自动化检测。

Description

一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置
技术领域
本发明涉及轴类零件直线度误差测量技术，具体涉及一种应用机器视觉检测轴类零件直线度误差的装置。
背景技术
在现代工业生产中，轴类零件的需求量在不断增加，轴零件在加工过程中除了会出现尺寸误差外，还会产生直线度误差，直线度误差一样会影响零件的使用性能，因而轴类零件测量检验也变得尤为重要，对轴类零件直线度误差的测量精度、效率和范围的要求也越来越高。传统的测量方法为接触式测量，这种方法容易损伤零件，且效率、精度均比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置，以解决传统接触式测量方法易损伤零件，且精度低、效率低的问题。
本发明的一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置包括基座单元3、位于所述基座单元3上的视觉检测单元1和位于所述基座单元3上的旋转夹紧单元2。
所述基座单元3的底座位于XY平面内。
所述视觉检测单元1包括能够沿X、Y和Z三个方向移动的相机。
所述旋转夹紧单元2包括电动旋转平台2-4、三爪卡盘2-6和能够沿Z方向移动的V型块2-12，所述三爪卡盘2-6设置在所述电动旋转平台2-4上，所述V型块2-12两定位面的交线与三爪卡盘2-6的回转中心同轴。
可选地，所述V型块2-12两定位面的交线与所述三爪卡盘2-6回转中心的同轴度误差小于50μm。
可选地，所述旋转夹紧单元2还包括卡盘法兰2-5，所述三爪卡盘2-6通过所述卡盘法兰2-5固定在所述电动旋转平台2-4上，所述三爪卡盘2-6与所述卡盘法兰2-5之间为过盈配合，所述电动旋转平台2-4与所述三爪卡盘2-6回转中心的同轴度误差小于20μm。
可选地，所述基座单元3包括导轨3-1、两个挡块紧固件3-2、两个挡块3-3和底座3-4，所述导轨3-1固定在所述底座3-4上，所述导轨3-1与所述底座3-4可以是一体件。所述两个挡块3-3分别设置在所述导轨3-1的两端，所述两个挡块紧固件3-2分别用于固定两个挡块3-3的位置。
可选地，所述旋转夹紧单元2还包括前端滑块2-1、前端滑块紧固把手2-2、旋转平台固定架2-3、后端滑块2-7、后端滑块紧固把手2-8、Z向平台固定架2-9、Z向支承电动位移平台2-10和V型块固定架2-11。
所述前端滑块2-1和所述后端滑块2-7分别设置在所述导轨3-1的前后两端、且分别通过前端滑块紧固把手2-2和后端滑块紧固把手2-8进行紧固。
所述旋转平台固定架2-3固定在所述前端滑块2-1上，所述电动旋转平台2-4固定在所述旋转平台固定架2-3上。
所述Z向平台固定架2-9固定在所述后端滑块2-7上，所述Z向支承电动位移平台2-10固定在所述Z向平台固定架2-9的侧面上，所述V型块2-12通过V型块固定架2-11固定所述在Z向支承电动位移平台2-10上。
可选地，所述视觉检测单元1还包括X向直线电动位移平台1-1、Y向直线电动位移平台1-2、XY向连接板1-3、YZ向连接板1-4、Z向托架1-5、连接座1-6、Z向调焦直线电动位移平台1-7、连接杆1-8、相机架紧固件1-9、相机固定架1-10、CMOS相机1-11、相机镜头1-12、LED灯连接板1-13和长形LED灯1-14。
所述X向直线电动位移平台1-1固定在所述底座3-4上。
所述Y向直线电动位移平台1-2通过所述XY向连接板1-3固定在所述X向直线电动位移平台1-1上。
所述Z向调焦直线电动位移平台1-7通过所述YZ向连接板1-4固定在所述Y向直线电动位移平台1-2的上面。
所述Z向托架1-5固定在所述Z向调焦直线电动位移平台1-7上。
所述连接杆1-8的下端通过所述连接座1-6固定在所述Z向托架1-5上。
所述相机固定架1-10通过所述相机架紧固件1-9固定在所述连接杆1-8的上端。
所述CMOS相机1-11固定在所述相机固定架1-10的侧面。
所述相机镜头1-12安装在所述CMOS相机1-11上。
所述长形LED灯1-14通过所述LED灯连接板1-13固定在所述相机固定架1-10上。
可选地，所述V型块2-12两定位面的夹角为90º。
可选地，所述导轨3-1的直线度误差小于5μm。
可选地，所述LED灯连接板1-13与所述长形LED灯1-14的接触面斜度为1:4。
本发明与现有技术相比，其优点是：通过三爪卡盘与精密可调的V型块组合装夹轴类零件进行定位，减小了检测细长轴类零件时所产生的弯矩，提高了检测精度。上述装置结构简单，容易制造和安装，且检测的重复性好，可满足细长轴类零件直线度误差的自动化检测要求。
附图说明
图1为本发明实施方式所述的一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置的三维结构等轴侧示意图。
图2是图1沿箭头方向得到的示意图。
图3是本发明实施方式中底座的结构示意图。
图4是本发明实施方式中LED灯连接板的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一。
图1和图2示出了本实施方式的一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置的结构示意图。所述装置包括视觉检测单元1、旋转夹紧单元2和基座单元3，所述视觉检测单元1和旋转夹紧单元2均安装在所述基座单元3上。
所述视觉检测单元1包括X向直线电动位移平台1-1、Y向直线电动位移平台1-2、XY向连接板1-3、YZ向连接板1-4、Z向托架1-5、连接座1-6、Z向调焦直线电动位移平台1-7、连接杆1-8、相机架紧固件1-9、相机固定架1-10、CMOS相机1-11、相机镜头1-12、LED灯连接板1-13和长形LED灯1-14。
所述旋转夹紧单元2包括前端滑块2-1、前端滑块紧固把手2-2、旋转平台固定架2-3、电动旋转平台2-4、卡盘法兰2-5、三爪卡盘2-6、后端滑块2-7、后端滑块紧固把手2-8、Z向平台固定架2-9、Z向支承电动位移平台2-10、V型块固定架2-11和V型块2-12，所述V型块2-12两定位面的夹角优选为90º。
如图3所示，所述基座单元3包括导轨3-1、挡块紧固件3-2、挡块3-3和底座3-4，所述导轨3-1的直线度误差小于5μm。
X向直线电动位移平台1-1固定安装在底座3-4上，Y向直线电动位移平台1-2固定安装在XY向连接板1-3上面，XY向连接板1-3下面固定安装在X向直线电动位移平台1-1上，YZ向连接板1-4固定安装在Y向直线电动位移平台1-2的上面，Z向调焦直线电动位移平台1-7固定安装在YZ向连接板1-4的侧面上，Z向托架1-5固定安装在Z向调焦直线电动位移平台1-7上，连接杆1-8的下端通过连接座1-6固定安装在Z向托架1-5上，相机固定架1-10通过相机架紧固件1-9固定安装在连接杆1-8的上端，CMOS相机1-11固定安装在相机固定架1-10的侧面，相机镜头1-12安装在CMOS相机1-11上，长形LED灯1-14通过LED灯连接板1-13固定安装在相机固定架1-10上，所述LED灯连接板1-13的结构如图4所示，所述LED灯连接板1-13与所述长形LED灯1-14的接触面斜度为1:4。前端滑块2-1放置在底座3-4的导轨3-1上，通过前端滑块紧固把手2-2进行紧固，旋转平台固定架2-3固定安装在前端滑块2-1上，电动旋转平台2-4固定安装在旋转平台固定架2-3上，卡盘法兰2-5固定安装在电动旋转平台2-4上，三爪卡盘2-6固定安装在卡盘法兰2-5上，所述三爪卡盘2-6与所述卡盘法兰2-5之间为过盈配合，且所述电动旋转平台2-4与所述三爪卡盘2-6回转中心的同轴度误差小于20μm，后端滑块2-7放置在导轨3-1的另一端，通过后端滑块紧固把手2-8进行固定，Z向平台固定架2-9固定安装在后端滑块2-7上，Z向支承电动位移平台2-10固定安装在Z向平台固定架2-9的侧面上，V型块2-12通过V型块固定架2-11安装固定在Z向支承电动位移平台2-10上，挡块3-3和挡块紧固件3-2通过螺栓固定安装在导轨3-1的两端，被测轴类零件4通过三爪卡盘2-6进行夹紧，另一端通过V型块2-12进行支撑定位，所述V型块2-12两定位面的交线与所述三爪卡盘2-6回转中心的同轴度误差小于50μm。
采用上述装置测量轴类零件直线度的方法为。
步骤S1、松开前端滑块紧固把手2-2和后端滑块紧固把手2-8，沿导轨3-1调节前端滑块2-1和后端滑块2-7的位置，使二者之间的距离略小于待测轴类零件4的长度，然后锁紧前端滑块紧固把手2-2和后端滑块紧固把手2-8。
步骤S2、根据待测轴类零件的半径和V型块2-12两定位面的夹角计算V型块2-12两定位面的交线在三爪卡盘2-6回转中心下方的距离，假设待测轴类零件直径为R、V型块2-12两定位面的夹角为90 º，那么，该距离应为
Figure 482763DEST_PATH_IMAGE001
R。
步骤S3、调节Z向支承电动位移平台2-10，使V型块2-12回到初始位置，所述初始位置满足：V型块2-12两定位面的交线与三爪卡盘2-6回转中心重合；然后再次调节Z向支承电动位移平台2-10，使V型块2-12下移
Figure 877972DEST_PATH_IMAGE001
R，此步骤能够保证检测不同直径轴类零件时被测轴类零件轴线的高度一致性。
步骤S4、将待测轴类零件的一端置于V型块2-12上，另一端装夹在三爪卡盘2-6上，此时，待测轴类零件的另一端恰好搭接在V型块2-12的两个定位面之间，并且与两个定位面紧密接触。
步骤S5、打开长形LED灯1-14，自动调节X向直线电动位移平台1-1、Y向直线电动位移平台1-2和Z向调焦直线电动位移平台1-7，使CMOS相机1-11拍摄到的图像中的轴类零件边缘达到最清晰。
步骤S6、将电动旋转位移平台旋转360º，并且，每旋转1º，CMOS相机1-11采集一次待测轴类零件图像，然后将采集到的图像通过图像处理算法图像预处理、图像增强、边缘检测、亚像素细分以及误差评定算法计算出待测轴类零件的直线度误差。
现有技术中，适用于轴类零件直线度测量的工装并不多，常见的工装是三爪卡盘，但如果只用三爪卡盘进行夹持会导致零件另一端因重力下垂而发生弯曲，影响测量精度；用顶尖配合三爪卡盘进行夹持也存在很多问题，例如，顶尖会对零件端面造成划痕，并且即使顶尖轴线与三爪卡盘轴线同轴，在装夹时也无法保证零件轴线与三爪卡盘轴线同轴，仍然会影响测量精度。而本实施方式采用V型块配合三爪卡盘的方式，三爪卡盘对零件一端进行严格定位，V型块对零件另一端进行支撑定位，能够最大程度保证零件轴线与三爪卡盘轴线同轴，提高了测量精度。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的轴类零件直线度误差测量装置，其特征在于：所述装置包括基座单元（3）、位于所述基座单元（3）上的视觉检测单元（1）和位于所述基座单元（3）上的旋转夹紧单元（2）；所述基座单元（3）的底座位于XY平面内；所述视觉检测单元（1）包括能够沿X、Y和Z三个方向移动的相机；所述旋转夹紧单元（2）包括电动旋转平台（2-4）、三爪卡盘（2-6）和能够沿Z方向移动的V型块（2-12），所述三爪卡盘（2-6）设置在所述电动旋转平台（2-4）上，所述V型块（2-12）两定位面的交线与三爪卡盘（2-6）的回转中心同轴。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述V型块（2-12）两定位面的交线与所述三爪卡盘（2-6）回转中心的同轴度误差小于50μm。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述旋转夹紧单元（2）还包括卡盘法兰（2-5），所述三爪卡盘（2-6）通过所述卡盘法兰（2-5）固定在所述电动旋转平台（2-4）上，所述三爪卡盘（2-6）与所述卡盘法兰（2-5）之间为过盈配合，所述电动旋转平台（2-4）与所述三爪卡盘（2-6）回转中心的同轴度误差小于20μm。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于：所述基座单元（3）包括导轨（3-1）、两个挡块紧固件（3-2）、两个挡块（3-3）和底座（3-4），所述导轨（3-1）与所述底座（3-4）可以是一体件，所述两个挡块（3-3）分别设置在所述导轨（3-1）的两端，所述两个挡块紧固件（3-2）分别用于固定两个挡块（3-3）的位置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述旋转夹紧单元（2）还包括前端滑块（2-1）、前端滑块紧固把手（2-2）、旋转平台固定架（2-3）、后端滑块（2-7）、后端滑块紧固把手（2-8）、Z向平台固定架（2-9）、Z向支承电动位移平台（2-10）和V型块固定架（2-11）；所述前端滑块（2-1）和所述后端滑块（2-7）分别设置在所述导轨（3-1）的前后两端、且分别通过前端滑块紧固把手（2-2）和后端滑块紧固把手（2-8）进行紧固；所述旋转平台固定架（2-3）固定在所述前端滑块（2-1）上，所述电动旋转平台（2-4）固定在所述旋转平台固定架（2-3）上；所述Z向平台固定架（2-9）固定在所述后端滑块（2-7）上，所述Z向支承电动位移平台（2-10）固定在所述Z向平台固定架（2-9）的侧面上，所述V型块（2-12）通过V型块固定架（2-11）固定所述在Z向支承电动位移平台（2-10）上。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：所述视觉检测单元（1）还包括X向直线电动位移平台（1-1）、Y向直线电动位移平台（1-2）、XY向连接板（1-3）、YZ向连接板（1-4）、Z向托架（1-5）、连接座（1-6）、Z向调焦直线电动位移平台（1-7）、连接杆（1-8）、相机架紧固件（1-9）、相机固定架（1-10）、CMOS相机（1-11）、相机镜头（1-12）、LED灯连接板（1-13）和长形LED灯（1-14）；所述X向直线电动位移平台（1-1）固定在所述底座（3-4）上；所述Y向直线电动位移平台（1-2）通过所述XY向连接板（1-3）固定在所述X向直线电动位移平台（1-1）上；所述Z向调焦直线电动位移平台（1-7）通过所述YZ向连接板（1-4）固定在所述Y向直线电动位移平台（1-2）的上面；所述Z向托架（1-5）固定在所述Z向调焦直线电动位移平台（1-7）上；所述连接杆（1-8）的下端通过所述连接座（1-6）固定在所述Z向托架（1-5）上；所述相机固定架（1-10）通过所述相机架紧固件（1-9）固定在所述连接杆（1-8）的上端；所述CMOS相机（1-11）固定在所述相机固定架（1-10）的侧面；所述相机镜头（1-12）安装在所述CMOS相机（1-11）上；所述长形LED灯（1-14）通过所述LED灯连接板（1-13）固定在所述相机固定架（1-10）上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述V型块（2-12）两定位面的夹角为90º。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述导轨（3-1）的直线度误差小于5μm。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述LED灯连接板（1-13）与所述长形LED灯（1-14）的接触面斜度为1:4。
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