一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法，该测量装置包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机；测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，后续通过测量装置获取油封唇口曲面形状与标准唇口曲面在同一坐标系下进行曲面形状误差评定。本测量装置采用非接触式测量，相较于传统的探针测量头等接触式测量方法，不会对软质材料的油封施加外力而造成其变形，有效保证了测量精度。本发明专利技术测量装置及测量方法，解决了现有测量装置难以精确测量波形唇油封唇口曲面形状误差的难题，可有效检测波形唇油封的制造精度，保证油封的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法
本专利技术涉及一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法，属于波形唇油封

技术介绍
密封技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一。虽然密封件往往是设备中的小部件，其成本相对于整机而言微不足道，但故障率却非常高，对设备的安全性起着至关重要的作用。国内外许多重大安全事故如1986年美国“挑战者”号航天飞机失事、2005年中石油吉林石化分公司双苯厂爆炸都是由于密封件失效造成的。油封是旋转密封件中结构最复杂、应用最广泛的橡胶元件，是最常用的密封件之一。目前应用最为普遍的油封是具有“泵吸效应”的流体动力油封，包括回流纹油封和波形唇油封两种。与回流纹油封相比，波形唇油封唇口与旋转轴呈波浪形接触，具有良好的泵油性能，因此密封性能更好，寿命更长，适用于双向旋转。波形唇油封的唇口曲面结构是影响其密封性能的关键指标。为了保证油封的工作性能，在油封的生产过程中，需要对其制造精度，尤其是唇口曲面的形状误差进行检测。由于波形唇油封的主唇口结构复杂，由波形复杂曲面组成，不仅制造困难，更是难以对其制造精度进行检测。目前还缺乏用于波形唇油封唇口曲面形状误差检测的专用仪器设备和行之有效的方法。现有的测量零件曲面形状误差或者轮廓度的仪器，大都是针对圆柱形零件的外表面或者筒形零件的内表面的接触式测量。测量对象的选取上较为固定，必须为较为平整的圆柱面；对于本专利技术中提及的波形唇油封的唇口曲面，上述测量仪器的测头受限于尺寸难以有效进行测量。另外这种测量方法中的测头或者探针，在测量过程中难免会划伤被测件表面或者造成被测件的变形而影响测量精度。波形唇油封的材料多为橡胶，接触更容易产生变形，会导致较大的测量误差。另外现有的文献中，虽有利用非接触式激光或者摄影测量曲面轮廓或者误差的仪器，但是大多结构较为复杂，需要较多的前期准备工作，测量较为繁琐费时。且这些仪器尺寸较大，多用于大型曲面的测量，且测量精度有限，对于波形唇油封这种直径较小、且测量精度要求较高的零件，难以进行有效的测量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置。本专利技术还提供利用上述一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法。本专利技术的技术方案如下：一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机：定位与测量调节装置包括工作平台，工作平台上设置有角度分度盘支撑台和角度分度指示器，在角度分度盘支撑台上同心安装有角度分度盘和工作圆台；摄像头调节装置包括螺纹立柱、升降支架和伸缩横架，螺纹立柱设置在工作平台侧边中点处，螺纹立柱的两侧对称设置有导柱，升降支架与螺纹立柱螺纹连接，升降支架的两侧设置有导套且导套安装在导柱上，伸缩横架的末端连接在升降支架的顶端；测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，横向激光测距仪和纵向激光测距仪安装在升降支架上并分别位于伸缩横架的上下两侧，标靶安装在伸缩横架的前端，测量杆的顶端与伸缩横架连接且测量杆位于标靶的正下方，测量杆的底端连接所述的测量头，上微距摄像头、点激光源、下微距摄像头三者纵向竖直排列且由上而下依次安装在测量头上；其中，角度分度指示器、纵向激光测距仪、横向激光测距仪、上微距摄像头、下微距摄像头分别与计算机连接。优选的，所述工作圆台半径方向上安装有运动滑轨，运动滑轨上设置有直角定位块，直角定位块由直线电机驱动沿运动滑轨平移，直线电机还与计算机连接。此设计的好处在于，利用直角定位块，可以很方便地将油封移位到与工作圆台圆心在同一垂线上，同时还能提高油封中心与工作圆台圆心重合的准确度，保证后续测量的精度。优选的，所述螺纹立柱的底端设置有立柱旋钮，导套上设置有定位螺母。此设计的好处在于，通过调节立柱旋转，可以很方便地使螺纹立柱转动，螺纹立柱在转动的过程中带动升降支架借助导柱实现上下移动，后续通过定位螺母的紧固，可使升降支架牢固固定在某一位置。优选的，所述伸缩横架的末端设置有伸缩横架旋钮。此设计的好处在于，通过拧动末端的伸缩横架旋钮，可以有效调节伸缩横架的长度。优选的，所述工作平台的外形为长方形，所述角度分度盘支撑台、角度分度盘、工作圆台的外形均为圆形；所述工作圆台、角度分度盘、角度分度盘支撑台和工作平台四者的中心在同一垂线上。一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，包括以下步骤：(1)首先设定固定坐标系，将固定坐标系原点O设置在工作圆台的圆心处，X轴平行于长方形工作平台的宽边，Y轴平行于长方形工作平台的长边，Z轴按照右手准则确定；然后将油封放置在工作圆台上，并借助直角定位块使油封中心与工作圆台圆心重合；(2)以下微距摄像头位置为基准，通过观察上微距摄像头和下微距摄像头拍摄的放大图像来调整升降支架，最终使点激光照射在油封第一条主唇口曲线LP上形成测量点P；然后调整伸缩横架的长度来控制上微距摄像头和下微距摄像头与油封内圈表面的距离，使得计算机上形成的图像最为清晰；调整完成后记录此时横向激光测距仪的示数L1P和纵向激光测距仪的示数L2P，下微距摄像头拍下照片AP，上微距摄像头拍下照片BP，此时下微距摄像头中心在固定坐标系中的位置坐标为(XsP，YsP，ZsP)；然后通过调整升降支架使点激光分别照射在第二条唇口曲线LM和第三条唇口曲线LN上，分别形成测量点M和N，则两个测量点M和N位置处，横向激光测距仪的示数分别为L1M和L1N，纵向激光测距仪的示数分别为L2M和L2N，下微距摄像头分别拍下照片AM和AN，上微距摄像头分别拍下照片BM和BN，下微距摄像头对应的位置坐标分别为(XsM，YsM，ZsM)和(XsN，YsN，ZsN)；利用此法，对于不同的测量点位置下微距摄像头对应的位置坐标数值由下式确定：式中：i分别取P，M或N时代表不同的测量点；C1为螺纹立柱中心线到横向激光测距仪中心的距离；C2为螺纹立柱中心线到固定坐标系原点O的距离；C3为固定坐标系原点O到工作平台平面的距离；C4为下微距摄像头中心到纵向激光测距仪中心的距离；上微距摄像头与下微距摄像头在Z轴方向的距离为T，则在下微距摄像头位置坐标确定的前提下，上微距摄像头的位置坐标即为(Xsi,Ysi,Zsi+T)；(3)单一测量位置照片数据处理，以下微距摄像头拍摄的照片Ai(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)进行阐述，上微距摄像头拍摄的照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)按相同方法处理；由于照片中的像点以像素为单位，需建立像素图像坐标系{o，u，v}和毫米为单位的物理图像坐标系{o1，x，z}之间的转换关系；其中以像素为单位的图像坐标系原点o位于照片的左下角，u轴水平向右，v轴垂直向上，其中物理图像坐标系原点o1位于像素坐标为(u0，v0)的像素点上，x轴水平向右，z轴垂直向上，两种图像坐标之间的转换关系如下式所示：式中：k×l为像素点的大小，k和l单位为毫米，属于微距摄像头的内参数；已知照片AP中测量点P的像素坐标为(up，vp)，由式(Ⅱ)转换到物理图像坐标系{o1，x，z}下的坐标值为(xp，zp)，其他照片中的相应测量点在物理图像坐标系中的坐标由式(Ⅱ)亦可获得；为将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机：定位与测量调节装置包括工作平台，工作平台上设置有角度分度盘支撑台和角度分度指示器，在角度分度盘支撑台上同心安装有角度分度盘和工作圆台；摄像头调节装置包括螺纹立柱、升降支架和伸缩横架，螺纹立柱设置在工作平台侧边中点处，螺纹立柱的两侧对称设置有导柱，升降支架与螺纹立柱螺纹连接，升降支架的两侧设置有导套且导套安装在导柱上，伸缩横架的末端连接在升降支架的顶端；测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，横向激光测距仪和纵向激光测距仪安装在升降支架上并分别位于伸缩横架的上下两侧，标靶安装在伸缩横架的前端，测量杆的顶端与伸缩横架连接且测量杆位于标靶的正下方，测量杆的底端连接所述的测量头，上微距摄像头、点激光源、下微距摄像头三者纵向竖直排列且由上而下依次安装在测量头上；其中，角度分度指示器、纵向激光测距仪、横向激光测距仪、上微距摄像头、下微距摄像头分别与计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机：定位与测量调节装置包括工作平台，工作平台上设置有角度分度盘支撑台和角度分度指示器，在角度分度盘支撑台上同心安装有角度分度盘和工作圆台；摄像头调节装置包括螺纹立柱、升降支架和伸缩横架，螺纹立柱设置在工作平台侧边中点处，螺纹立柱的两侧对称设置有导柱，升降支架与螺纹立柱螺纹连接，升降支架的两侧设置有导套且导套安装在导柱上，伸缩横架的末端连接在升降支架的顶端；测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，横向激光测距仪和纵向激光测距仪安装在升降支架上并分别位于伸缩横架的上下两侧，标靶安装在伸缩横架的前端，测量杆的顶端与伸缩横架连接且测量杆位于标靶的正下方，测量杆的底端连接所述的测量头，上微距摄像头、点激光源、下微距摄像头三者纵向竖直排列且由上而下依次安装在测量头上；其中，角度分度指示器、纵向激光测距仪、横向激光测距仪、上微距摄像头、下微距摄像头分别与计算机连接。2.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，所述工作圆台半径方向上安装有运动滑轨，运动滑轨上设置有直角定位块，直角定位块由直线电机驱动沿运动滑轨平移，直线电机还与计算机连接。3.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，所述螺纹立柱的底端设置有立柱旋钮，导套上设置有定位螺母。4.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，所述伸缩横架的末端设置有伸缩横架旋钮。5.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，其特征在于，所述工作平台的外形为长方形，所述角度分度盘支撑台、角度分度盘、工作圆台的外形均为圆形；所述工作圆台、角度分度盘、角度分度盘支撑台和工作平台四者的中心在同一垂线上。6.一种如权利要求1-5任一项所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，包括以下步骤：(1)首先设定固定坐标系，将固定坐标系原点O设置在工作圆台的圆心处，X轴平行于长方形工作平台的宽边，Y轴平行于长方形工作平台的长边，Z轴按照右手准则确定；然后将油封放置在工作圆台上，并借助直角定位块使油封中心与工作圆台圆心重合；(2)以下微距摄像头位置为基准，通过观察上微距摄像头和下微距摄像头拍摄的放大图像来调整升降支架，最终使点激光照射在油封第一条主唇口曲线LP上形成测量点P；然后调整伸缩横架的长度来控制上微距摄像头和下微距摄像头与油封内圈表面的距离，使得计算机上形成的图像最为清晰；调整完成后记录此时横向激光测距仪的示数L1P和纵向激光测距仪的示数L2P，下微距摄像头拍下照片AP，上微距摄像头拍下照片BP，此时下微距摄像头中心在固定坐标系中的位置坐标为(XsP，YsP，ZsP)；然后通过调整升降支架使点激光分别照射在第二条唇口曲线LM和第三条唇口曲线LN上，分别形成测量点M和N，则两个测量点M和N位置处，横向激光测距仪的示数分别为L1M和L1N，纵向激光测距仪的示数分别为L2M和L2N，下微距摄像头分别拍下照片AM和AN，上微距摄像头分别拍下照片BM和BN，下微距摄像头对应的位置坐标分别为(XsM，YsM，ZsM)和(XsN，YsN，ZsN)；利用此法，对于不同的测量点位置下微距摄像头对应的位置坐标数值由下式确定：式中：i分别取P，M或N时代表不同的测量点；C1为螺纹立柱中心线到横向激光测距仪中心的距离；C2为螺纹立柱中心线到固定坐标系原点O的距离；C3为固定坐标系原点O到工作平台平面的距离；C4为下微距摄像头中心到纵向激光测距仪中心的距离；上微距摄像头与下微距摄像头在Z轴方向的距离为T，则在下微距摄像头位置坐标确定的前提下，上微距摄像头的位置坐标即为(Xsi,Ysi,Zsi+T)；(3)单一测量位置照片数据处理，以下微距摄像头拍摄的照片Ai(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)进行阐述，上微距摄像头拍摄的照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)按相同方法处理；由于照片中的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学艺，丁淑辉，张鑫，王坤，张国鹏，邓人菩，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37