【CN109708583A】一种基于线结构光的圆柱体直径测量系统及测量方法【专利】

圆柱直线度测量方法

圆柱直线度测量

1. 引言

在制造业和工程领域中，圆柱直线度测量是一项重要的任务。准确测量圆柱体的直线度可以确保产品的质量，以及保证设备的正常运行。本文将介绍几种常用的圆柱直线度测量方法。

2. 光学比对法

光学比对法是一种常用的圆柱直线度测量方法。该方法利用光学测量仪器，通过比较被测圆柱体与基准直线的形状差异来评估其直线度。

2.1 准备工作

• 准备一台高精度光学测量仪器；

• 确保被测圆柱体表面清洁无杂质；

• 确保测量环境中无干扰光源。

2.2 测量步骤

1. 将被测圆柱体固定在测量平台上；

2. 使用光学测量仪器扫描圆柱体表面，获取其实际形状； 3. 将实际形状与基准直线进行比对，计算直线度误差。

2.3 优缺点

• 优点：测量精度高，适用于高精度要求的圆柱直线度测量；

• 缺点：设备成本较高，需要专门的光学测量仪器。

3. 径向侧面测量法

径向侧面测量法是一种简单但有效的圆柱直线度测量方法。该方法通过测量圆柱体侧面的直径变化来推断其直线度。

3.1 准备工作

• 准备一台测微计或千分尺；

• 确保被测圆柱体表面光滑无划痕；

• 确保测量环境稳定无振动。

3.2 测量步骤

1. 将被测圆柱体放在测量平台上；

2. 使用测微计或千分尺沿圆柱体侧面多个位置进行测量，记录直径数值；

3. 将测得的直径数值与基准直径进行比对，计算直线度误差。

3.3 优缺点

• 优点：测量简便，设备成本低； • 缺点：测量精度相对较低，适用于一般要求的圆柱直线度检测。

4. 数字化测量法

数字化测量法是一种结合了光学测量和数学分析的圆柱直线度测量方法。该方法将被测圆柱体的表面轮廓数字化，并利用专业软件进行分析和计算。

4.1 准备工作

• 准备一台高精度三维扫描仪；

• 安装并学习使用专业的数字化测量软件。

4.2 测量步骤

1. 将被测圆柱体放置在测量平台上；

2. 使用三维扫描仪扫描圆柱体表面获取点云数据；

第37卷，增刊红外与激光工程2008年4月Vol.37SupplementInfraredandLaserEngineeringApr.2008

收稿日期：2008-04-23作者简介：崔建文(6)，男，河南潢川人，博士，主要从事光电测量技术研究。j

@激光衍射法细圆柱体直径测量系统

崔建文1，高振国1，张晗2

(1.哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001；

2.哈尔滨医科大学口腔医学院，黑龙江哈尔滨150001)

摘要：为了提高激光衍射法细圆柱体直径测量精度，根据光波的矢量特性建立了矢量测量模型，

提出了一种衍射花样处理方法，并研制了相应的测量系统。采用面阵CCD接收衍射花样，并使用二

维零相位滤波器、最小二乘法等方法对其进行处理。运用该装置测量细圆柱体直径时，克服了传统

方法测量细圆柱体直径时的原理误差，提高了测量精度。细圆柱体直径测量实验结果表明，基于改

进模型的光学衍射法的相对测量误差在0.5%以下，优于目前1%的水平。

关键词：激光衍射；细圆柱体直径；矢量模型；测量系统

中图分类号：O436.1文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(几何量)-0063-04

Systemofthincylinderdiametermeasurmentbylaserdiffraction

CUIJian-wen1,GaoZhen-guo1,ZhangHan2

(1.CollegeofAutomation,HarbinEngineeingrUniversicy,Harbin150001,China;2.CollegeofStomatology,HarbinMedicalUniversicy,Harbin150001,China)

Abstract:Toimprovemeasurementaccuracyofthincylinder′sdiameterbylaserdiffraction,anvector

modelwasestablished,anovelprocessingmetodofdiffractionpatternwaspresentedandthemeasurement

DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2019.11.12总第185期2019年第11期Totalof185No.11，2019工业设计

收稿日期：2019-09-26作者简介：张翠翠（1985—），女，硕士研究生，讲师，研究方向为材料学；张颖（1980—），女，硕士研究生，讲师，研究方向为机械工程；赵京鹤（1982—），男，硕士研究生，副教授，研究方向为机械工程。基于结构光视觉技术的圆筒类零件内壁圆柱度检测系统张翠翠，张颖，赵京鹤（长春光华学院，吉林长春130033）摘要：为了实现对圆筒类零件内壁圆柱度的自动化非接触检测，设计并实现了一种圆筒类零件内壁圆柱度检测系统。该设计基于结构光的视觉测量系统，以激光为光源照射待测物体，融合了激光检测技术与视觉检测技术。总体过程采用两次光路变向的激光三角检测法，实现了薄壁圆筒类零件圆柱度综合误差的评定。关键词：圆筒检测；圆柱度；机器视觉；非接触测量中图分类号：TG806文献标识码：A文章编号：2095-0748（2019）11-0032-02现代工业经济和信息化ModernIndustrialEconomyandInformationization1研究背景圆筒类零件是机械工业中常见的零件类型，其形状误差精度不仅直接决定着零部件的使用精度、旋转精度、相互配合的精度，此外，也对产品质量的优劣及使用寿命的长短有最终影响。圆柱度公差是零件精密加工中需要进行检测和控制的主要几何形状误差，但由于圆筒类零件其自身的封闭性，内壁的检测和三维测量比较困难。目前在机械加工车间测量零件圆柱度误差普遍使用圆柱度测量仪。圆柱度测量仪是一种利用回转轴法测量工件圆度误差的测量仪器。圆柱度测量仪测量过程中，长度传感器的测头即可沿精密直线导轨移动，测量出被测圆筒的若干横截面，也可沿着被测圆筒的柱面作螺旋运动完成取样，测得的半径差数据由计算机处理得到圆柱度误差。但是圆柱度测量仪在生产中适用范围受限，给圆柱度检测带来困难及不便。目前，对于圆柱度误差检测技术的理论与应用研究不断多元化。HodgsonliThomJ提出了一种以组合数学方法为依据，降低圆柱度误差的测评方案，该方法具有较高精度以及自包容性并[1]。LaiHsinYi等人设立了圆柱度误差的基因算法模型，利用此种算法使测评效率与测评精度问题得到较大改善[2]，此外，还有很多学者也相继展开了此类研究，均获得良好效果并逐步应用于工程实践[3-4]。日本的TOKUJIOKADA等人运用承载有闭路电视的管道机器人进行管道检测，测试显示此方案的分析图像分析更加详尽，判断灵活便捷，但存在难以实现自动化的管道检测，且检测误差值高。国内方面，熊有伦提出了利用极差极小化方法，建立了基于“小误差假设”与“小偏差假设”理论的数学模型，应用于评价圆柱度误差的统一判别准则[5]。刘中伟针对圆度、圆柱度误差值计算也提出了利用逐次逼近法求解，指出相对位置不同的轴线其最大最半径与最小半径差值分布的单调性规律，以及在直角坐标系下圆柱度误差值具备唯一性[6]。本文提出了一种基于结构光视觉技术的圆柱度检测系统，实现了对薄壁圆筒类零件圆柱度非接触测量，具有操作便捷、精度高、稳定性好的优点。2系统构成及工作原理由于薄壁圆筒类零件外形、材料及温度等因素的限制，其内壁的圆柱度检测较为复杂。被测圆筒类零件内壁体现为略有不规则变化的圆柱面，整体轮廓呈圆柱形。其水平横切面呈圆形，为方便测量圆形切面，并对多个水平位置上的圆拟合出圆柱面，需要在半径方向上对圆周点位置进行采样。故可以利用对内壁上点的位置检测来表达其内壁圆柱面的检测。其中对内壁点位置的检测有诸多方案，包括红外线测量、探头式接触测量、超声波测量、视觉测量和激光测量。本文采用基于结构光的视觉测量系统，以激光为光源照射待测物体，将激光检测与视觉检测相结合，通过数据采集卡集结图样，并根据待测目标的特殊性将离散数据图样进行统计，总体过程采用两次光路变向的激光三角检测法来进行设计。系统由可升降工作台、自动分度系统、衍射条纹采集、测量光路及数据处理部分组成。计算机作为控制系统，以单2019年第11期

圆柱度的测量方法

圆柱度是指柱体壁厚的不均匀性，也可以理解为柱形物体的偏心程度。测量圆柱度的方法有多种，以下是几种常用的方法：

1. 外观测量法：用肉眼观察柱体的形状，判断是否呈现圆柱形状。这种方法简单直观，但精度较低，适用于对圆柱度要求不高的情况。

2. 直尺测量法：用直尺在柱体的不同位置上测量直径，并比较差异。直径之间的最大差别就是圆柱度。这种方法适用于对圆柱度要求不高的情况，如一些常规的工程测量。

3. 量具测量法：使用专门的测量仪器，如千分尺、游标卡尺等，来测量柱体的不同位置上的直径。通过多个测量点的数据求平均值，可以得到较准确的圆柱度数据。

4. 光学测量法：使用光学测量仪器，如投影仪、激光干涉仪等，通过对柱体进行光学投影或干涉，获得柱体形状的数据，并计算出圆柱度。这种方法精度较高，适用于对圆柱度要求较高的工艺和科学研究。

5. 三坐标测量法：使用三坐标测量机对柱体进行全面的三维测量，可以获取柱体各个位置的形状数据，并计算出圆柱度。这种方法适用于高精度要求的工艺和科学研究。

需要注意的是，选择合适的测量方法要根据具体的情况来确定，包括要求的精度、测量时间、测量对象的形状和尺寸等因素。