一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法技术

本发明专利技术涉及一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法。该装置中壳体安装在测量装置型架上方；旋转台安装在壳体上；凸轮轴限位套筒固定在旋转台中间；相机安装在限位套筒正上方；激光轮廓传感器固定在相机两侧；蜗轮蜗杆安装在壳体内部，处于啮合状态；步进电机安装在壳体的一侧；第二同步带轮安装在步进电机输出轴上；同步带与第一同步带轮和第二同步带轮相配合；第一同步带轮安装在蜗杆上；机械爪安装在机械臂上；机械臂固定在机械臂支撑架上，分别放置在测量装置型架两端；物料台放置在机械臂旁；本发明专利技术能够准确测量凸轮轴凸轮表面轮廓的尺寸特征，提高测量效率和测量精度，具有快速、准确、稳定及成本低等优点。稳定及成本低等优点。稳定及成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法


[0001]本专利技术涉及表面测量领域，尤其是涉及一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法。

技术介绍

[0002]凸轮轴是活塞发动机中一种关键的部件，其通过凸轮的外形轮廓曲线来控制气门的运动规律。在汽车发动机中，凸轮轴的转速相对较高，并且需要承受巨大的扭矩。因此，在设计中对凸轮轴的强度和支撑能力有着极高的要求，一般采用优质合金钢或合金钢作为材质。然而，凸轮轴在运行过程中会受到周期性的冲击载荷，凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，导致凸轮工作表面磨损严重。此外，凸轮轮廓的尺寸和形位误差也会影响气门开闭间隙的大小和配气效率。为解决这些问题，凸轮工作表面需要具有较高的尺寸精度。
[0003]目前，对于凸轮轴凸轮尺寸的测量主要仍依赖于人工测量。然而，这种方式存在多个问题，包括效率低、易出错，并且人工成本高等问题。此外，由于测量手段的不完善，测量人员只能测量凸轮的局部特征，无法获取凸轮整体特征的真实信息。而且人工检测的准确率很难保证，容易发生误检、漏检和错检等情况。
[0004]为此，本专利技术提供了一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法来解决汽车发动机中对凸轮轴凸轮表面轮廓的尺寸测量问题。

技术实现思路

[0005]本专利目的是提供一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备及测量方法，该装置能够自动测量凸轮轴凸轮表面轮廓的尺寸，并且具有高精度、高效率和低成本的特点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备，其中，所述装置至少包括物料台、相机、待测量工件、工件夹持装置、旋转驱动装置和凸轮轮廓测量装置；
[0008]所述工件夹持装置包括：机械臂、机械爪和机械臂支撑架；
[0009]所述旋转驱动装置包括：测量装置型架，步进电机、电机固定板、平键、螺母、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、蜗轮、蜗杆、壳体、旋转台、轴承、接近开关、接近开关固定架、金属片和凸轮轴限位套筒；
[0010]所述凸轮轮廓测量装置包括：第一激光轮廓传感器、第二激光轮廓传感器、第一激光轮廓传感器固定架、第二激光轮廓传感器固定架、第一滑轨、第二滑轨、相机和相机固定架；
[0011]可选地，测量步骤如下：
[0012]步骤一、所述待测量工件置于上料区物料台上的凸轮轴限位套筒中；
[0013]步骤二、将所述的待检测工件，从上料区，通过工件夹持装置，传送到旋转驱动装置上；
[0014]步骤三、所述旋转驱动装置转动待测量工件，凸轮轮廓测量装置记录其数据，进行计算；
[0015]步骤四、所述旋转驱动装置在旋转一周后，金属片将会触发接近开关，使其旋转驱动装置停止，工件夹持装置将会抓取已测量工件，放入下料区物料台上的凸轮轴限位套筒中。
[0016]所述测量装置型架采用螺栓螺母将角码和铝型材固定连接；所述壳体安装在测量装置型架的上方；所述旋转台安装在壳体上方；所述金属片使用螺栓螺母安装在旋转台的外圆周上；
[0017]所述蜗轮与蜗杆处于啮合状态，安装在壳体内部；所述第一同步带轮中心孔与蜗杆通过平键相连接；所述同步带与第一同步带轮相配合；
[0018]所述电机固定板安装在测量装置型架上；所述步进电机安装在与壳体所在的同一平面上并安装在电机固定板上；所述步进电机的输出轴通过平键与第二同步带轮中心孔连接；所述第二同步带轮与同步带相配合；
[0019]所述接近开关固定架安装在电机固定板上并位于步进电机上方；所述接近开关安装在接近开关固定架上并与旋转台间隔有一段间隙且处在金属片的下方；
[0020]所述相机安装在旋转台上方并在待测量工件的正上方；所述第一滑轨安装在旋转台上方并在相机一侧；所述第二滑轨安装在旋转台上方并在相机一侧；所述第一激光轮廓传感器固定架安装在第一滑轨上；所述第二激光轮廓传感器固定架安装在第二滑轨上；所述第一激光轮廓传感器安装在第一激光轮廓传感器固定架上；所述第二激光轮廓传感器安装第二激光轮廓传感器固定架上；所述激光轮廓传感器与旋转台上的待测量工件相距80～200mm；
[0021]所述步进电机为第二同步带轮提供旋转运动；所述同步带将第二同步带轮的转动传递到第一同步带轮；所述第一同步带轮为蜗杆提供旋转运动；所述蜗杆为蜗轮提供旋转运动；所述蜗轮为旋转台提供旋转运动；所述旋转台为待测量工件提供旋转运动。
[0022]一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量方法，应用于所述的一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备，所述测量方法包括：
[0023]当所述待测量工件被工件夹持装置，从上料区抓取，放入旋转驱动装置中的凸轮轴限位套筒中；
[0024]此时，所述凸轮轴限位套筒相对于旋转驱动装置的相对位置不会改变，因此待测量工件相对与相机的相对位置也不会改变；
[0025]在所述相机获得到待测量工件俯视图后，对其进行区域划分，如图5所示；
[0026]凸轮轴凸轮基圆边缘提取的区域1为圆1与圆2相夹的区域；凸轮轴凸轮凸端边缘提取的区域2为圆2与圆3相夹的区域；
[0027]对区域1依次进行滤波、边缘提取和霍夫变换检测圆，这一系列粗处理后，得到基圆粗略圆心和半径r
′
；
[0028]基于求得的圆心和半径，划分出检测范围；
[0029]再对原始区域1划分出的检测范围内进行精处理：
[0030]一、为保留基圆边缘的真实性，考虑基圆圆周上真实点与噪声曲率差异，调整权重，进行高斯滤波，调整权重方式如下：
[0031][0032][0033]x2+y2+Dx+Ey+F＝0
[0034][0035]其中w为权重，(i，j)为卷积核中的中心点像素坐标，(k，l)为卷积核中其他的像素坐标，σ
d
为空间域上的标准差，σ
r
为半径上的标准差，K为放大系数，w
s
为归一化后的权重；D、E、F为未知参数，可由P
i
、P
i
‑1、P
i+1
三个不共线邻近像素点对应的坐标(x
i
，y
i
)、(x
i
‑1，y
i
‑1)、(x
i+1
，y
i+1
)确定；r
i
为以P
i
为中点所确定圆的半径；
[0036]二、在上一步的基础上，进行边缘提取，公式如下：
[0037][0038][0039]其中，为像素灰度值的变化曲线，为图像中灰度值在x方向上的变化程度，为图像中灰度值在y方向上的变化程度，为当前像素的幅值，为梯度方向；根据所求的梯度方向和幅值，设置所需的幅值值域，用高阈值将不需要的像素点滤除，用低阈值将不明显的边保留；
[0040]三、计算基圆的圆心坐标和半径，公式如下：
[0041][0042][0043][0044][0045][0046][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备，其特征在于，包括物料台、相机、待测量工件、工件夹持装置、旋转驱动装置和凸轮轮廓测量装置；所述工件夹持装置包括：机械臂、机械爪和机械臂支撑架；所述旋转驱动装置包括：测量装置型架，步进电机、电机固定板、平键、螺母、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、蜗轮、蜗杆、壳体、旋转台、轴承、接近开关、接近开关固定架、金属片和凸轮轴限位套筒；所述凸轮轮廓测量装置包括：第一激光轮廓传感器、第二激光轮廓传感器、第一激光轮廓传感器固定架、第二激光轮廓传感器固定架、第一滑轨、第二滑轨、相机和相机固定架；所述测量装置型架采用螺栓螺母将角码和铝型材固定连接；所述壳体安装在测量装置型架的上方；所述旋转台安装在壳体上方；所述金属片使用螺栓螺母安装在旋转台的外圆周上；所述蜗轮与蜗杆处于啮合状态，安装在壳体内部；所述第一同步带轮中心孔与蜗杆通过平键相连接；所述同步带与第一同步带轮相配合；所述电机固定板安装在测量装置型架上；所述步进电机安装在与壳体所在的同一平面上并安装在电机固定板上；所述步进电机的输出轴通过平键与第二同步带轮中心孔连接；所述第二同步带轮与同步带相配合；所述接近开关固定架安装在电机固定板上并位于步进电机上方；所述接近开关安装在接近开关固定架上并与旋转台间隔有一段间隙且处在金属片的下方；所述相机安装在旋转台上方并在待测量工件的正上方；所述第一滑轨安装在旋转台上方并在相机一侧；所述第二滑轨安装在旋转台上方并在相机一侧；所述第一激光轮廓传感器固定架安装在第一滑轨上；所述第二激光轮廓传感器固定架安装在第二滑轨上；所述第一激光轮廓传感器安装在第一激光轮廓传感器固定架上；所述第二激光轮廓传感器安装第二激光轮廓传感器固定架上；所述步进电机为第二同步带轮提供旋转运动；所述同步带将第二同步带轮的转动传递到第一同步带轮；所述第一同步带轮为蜗杆提供旋转运动；所述蜗杆为蜗轮提供旋转运动；所述蜗轮为旋转台提供旋转运动；所述旋转台为待测量工件提供旋转运动。2.如权利要求1所述的一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备，其特征在于，所述激光轮廓传感器与旋转台上的待测量工件相距80～200mm。3.一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量方法，应用于权利要求1和权利要求2所述的一种凸轮轴凸轮表面轮廓测量设备，其特征在于，所述测量方法包括：当所述待测量工件被工件夹持装置，从上料区抓取，放入旋转驱动装置中的凸轮轴限位套筒中；此时，所述凸轮轴限位套筒相对于旋转驱动装置的相对位置不会改变，因此待测量工件相对与相机的相对位置也不会改变；在所述相机获得到待测量工件俯视图后，对其进行区域划分，如图5所示；凸轮轴凸轮基圆边缘提取的区域1为圆1与圆2相夹的区域；凸轮轴凸轮凸端边缘提取的区域2为圆2与圆3相夹的区域；对区域1依次进行滤波、边缘提取和霍夫变换检测圆，这一系列粗处理后，得到基圆粗略圆心和半径r
′
；
基于求得的圆心和半径，划分出检测范围；再对原始区域1划分出的检测范围内进行精处理：一、为保留基圆边缘的真实性，考虑基圆圆周上真实点与噪声曲率差异，调整权重，进行高斯滤波，权重调整方式如下：行高斯滤波，权重调整方式如下：x2+y2+Dx+Ey+F＝0其中w为权重，(i，j)为卷积核中的中心点像素坐标，(k，l)为卷积核中其他的像素坐标，σ
d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周崇秋，郭云樟，贺新升，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：