大尺寸检测

关键词：

大尺寸检测（精选八篇）

大尺寸检测 篇1

整车落成时,经常发现旁承间隙超差的现象。其原因之一就是车体底架的心盘下平面与旁承下平面的平面度和距离超过规定要求[1,2]。由于车体尺寸大,以某型号敞车为例,如图1,其前后心盘间距8700±7mm,左右旁承到心盘的水平距离为760±2mm,旁承平面到心盘平面距离为,现有的接触时测量手段不足以对车体参数进行方便准确的检测和调整,因而有些参数,比如前后心盘的翘曲度通常都不被测量。

随着我国铁路运输提速、重载的发展,车辆心盘所承受的载荷已显著增大。提高心盘检修质量,对降低车辆临修率,确保铁路运输安全有着重要意义[3]。

为此,铁路企业对车体检测系统提出更高要求:1)在生产线上盘承焊接过程中,系统能实时检测心盘平面与盘承平面的平行度和距离等技术参数,以便及时调整;2)能用于事后的成品检验、检测报告自动生成和存储;3)为现场工人提供足够的操作空间。

1 检测方案总体设计

由于车体尺寸大,重量重,在落成时会有比较大的弹性变形。因此在测量时应让其处于工作状态而不是侧翻或其他状态,以尽可能减少因弹性变形带来的测量误差。根据测量要求,设计了两种方案。

方案1、构筑车体坐落平台,采用位移传感器进行接触式测量

该方法是模拟整车在转向架上的落成,采用混凝土或钢结构构筑车体坐落平台代替转向架,并在平台上与车体两心盘和四盘承位置安放适量的位移传感器,以位移量的变化来反映被测量。该方法的不足在于:

1)位移传感器之间的标定麻烦。

位移传感器量值的变化是相对于两心盘和四盘承之间都有各自的局部坐标系统而言,计算时需要换算到一个统一的全局坐标系中,从而需要其他手段对每个局部坐标系在全局坐标系中的方位进行标定。且因平台尺寸大,地基的震动、环境温度的变化等因素都会引起标定值的变化,增大测量的系统误差。

2)现场施工空间受限

实体平台的构筑,必定占用大部分的空间位置,对施工操作也会起一定的阻碍作用。

文献[4]介绍的内燃机车车体架的检修,就是采用这种方法。该文中,机车车体架经清洗后通过4个架车位坐落于检修台位的4个支承座组合上。测量平台由面板、底板、墙板1、墙板2与筋板隔板组焊而成。平台面板通过机械加工进行制作,其平面度要求为0.1 mm。这对于跨距数米的测量平台来说是比较困难的。

方案2、采用全站仪构建统一的虚拟测量平台,进行非接触式测量

自上世纪80年代初,各种面向现场的便携式坐标测量系统不断出现,解决了各种工业现场测量的难题。这些系统通过测角、测长及相应的计算方法求解出物体的空间坐标,与计算机及功能强大的应用软件相结合,对测量数据进行分析、为加工生产制定决策。系统结构紧凑、携带方便,测量空间开放,且越来越趋向于高精度、高效率、大范围、多功能。从趋势上看,未来的工业生产将越来越依赖于大尺寸测量仪器所提供的计量保证[4]。

全站仪是全站型电子速测仪的简称,又被称为“电子全站仪”,是大尺寸测量仪器中的一种,由电子经纬仪、光电测距仪和电子记录器组成的,可实现自动测角、自动测距、自动计算和自动记录的一种多功能高效率的地面测量仪器。高精度全站仪极坐标测量系统的测距精度在120m范围内可达到0.5mm左右,因此近年来在大工业测量中被推广应用[6~8]。

基于全站仪构建的测量系统便携、操作空间大,测量坐标系统一、自动化程度高等优点,成为车体大尺寸测量的选定方案。本在线检测系统主要包含两大部分:机械支撑系统和量值检测系统。

1)机械支撑系统:主要完成车体定位、支撑、小车走停和升降、旁承焊接等工作。如图1所示,整个车体用四个油缸支撑,使其处于工作状态,并使操作空间扩大。

2)量值检测系统:在统一的全站仪坐标系下,在车体一侧用全站仪对车体两个心盘和四个旁承进行取点测量,将测量数据输入计算机,进行数据处理和分析、完成旁承焊接过程中的校正指导、量值的在线测量和数据处理等工作。如图2所示。各主要模块功能如下:

2 关键问题

2.1 数据采集

本测试系统中,全站仪(Topcon GPT3000N系列)通过串行线与计算机RS232相连,在全站仪的目镜上配置电子目镜,电子目镜采集的图像通过USB口输入到计算机中进行放大显示。这样全站仪只需初步瞄准测量点,然后根据计算机屏幕上的十字线对目标点进行精调,即可很方便准确的对准目标点。通过计算机向全站仪发起测量请求,全站仪响应请求、测量并回传测量数据到计算机以进行数据处理,不再需要操作全站仪上的控制面板,从而降低了工人的劳动强度和视觉疲劳,检测过程更为直观。

Topcon GPT3000N系列全站仪提供了角度测量、斜距测量和坐标测量多种模式,本系统采用标准坐标测量模式,在测量过程中,测量模式会因某些因素而转变为其他模式,因此,系统提供了模式恢复功能:

MSComm1.Output=″Ζ64088″&Chr$(3)&vb Cr Lf′设置坐标测量模式

当全站仪瞄准测量点时,计算机向全站仪发送测量请求:

MSComm1.Output=″C067″&Chr$(3)&vbCrLf′测量请求

全站仪接到请求后,开始测量,并返回测量数据,其数据格式如下:

根据以上数据格式,在Visual Basic中用mscomm控件的OnComm事件就可从全站仪回传的数据字符串中提取出测量点的坐标数据,用于数据处理。

2.2 坐标标定

由于测量前全站仪放置的随意性和车体支撑位置的随机性,车体坐标系(X’O’Y’)和全站仪坐标系(XOY)中坐标轴的方向往往不平行,会成一定的角度(图3)。全站仪坐标系是虚拟坐标系,在实际中不可见,而车体坐标系可以车体中某些相互垂直的实际要素作为参照,是可见的。车体中的心盘和旁承在调整时都是参照车体中的实际要素进行的,即这些调整是在车体坐标系中进行调整的。因此必须通过坐标标定,建立全站仪坐标系和车体坐标系之间的映射关系,将全站仪中测得的数据转换到车体坐标系。

考虑到车体支撑以后,车体底面基本上为水平,也就是说车体坐标系的Z轴基本上是垂直方向,与全站仪一致。但在水平面内,由于全站仪放置和设置的随机性,使得XOY平面内,两坐标系的偏转较大。因此,为简化标定工作,只计算两套坐标系在水平面内的映射,Z轴方向的偏转忽略不计。

命题1:如图4所示,用全站仪测量车体前后心盘中心(P1,P2两点)的坐标。以全站仪中心O为原心,以方向为车体坐标系的Y’轴,全站仪坐标系的Z轴为车体坐标系的Z’轴,建立车体坐标系X’OY’,求全站仪坐标系中任一点P(x,y)在车体坐标系中的坐标P(x’,y’)。

由此可见,对于全站仪坐标系中的任意一点,通过(2)和(1)的计算,即可得到该点在车体坐标系中的坐标值,从而把在全站仪虚拟坐标系中测得的虚拟参数映射到车体坐标系中可实际测量的几何参数。

2.3 旁承与心盘的高差

由于施工误差、四个油缸的行程误差和车体弹性变形等因素的影响,前后两心盘平面不一定共面,也不一定平行于水平面,因此不能简单地把旁承和心盘的Z坐标差作为两者的距离,而应该以旁承上的点到心盘平面的距离作为旁承与心盘高差。

鉴于目前的测量数据是每个点的(x,y,z)坐标值,而一般参考资料上给出的平面方程都是点法式、参数式,这些不利于进行计算机处理。为此结合空间解析几何与线性代数的有关知识,推导空间一点到平面(由三点坐标确定)的距离公式如下:

命题2:设空间四点,p0(x0,y0,z0),p1(x1,y1,z1),p2(x2,y2,z2),求p2到p0、p1和p2三点所在平面的距离h。

公式(3)用四个点的坐标值方便直观地表示了点到平面的距离,且矩阵和行列式运算更便于计算机处理。

3 结论

本测量系统对车体支撑没有严格要求,且全站仪可以根据现场空间位置遮蔽情况灵活布点,能用于C62A~C80等多种型号敞车的旁承与心盘高差、前后心盘翘曲度等参数自动检测、管理和检测报告生成。既可用于成品质检,也可用于车体盘承焊接工序的过程检验。目前,本系统已成功应用于沈阳华樱铁路装备自动化有限公司出厂的检测设备中,并申请国家实用新型专利和软件著作权各一项。

摘要：21世纪是知识经济时代,企业文化在现代企业管理中的地位越来越突出,企业文化渗透到管理的各个领域,成为推动企业不断前进的不竭的源动力。企业文化既是一种管理理论,也是一门管理艺术,企业文化是现代企业管理的综合,是把人和物的管理努力统一于企业管理之中,是企业管理整体优化的必要途径。本文主要从理论上探讨了现代企业文化应具有的功能作用、创建途径与评价标准,从而为进一步研究具体企业的文化建设提供参考。

关键词：敞车,心盘,旁承,全站仪

参考文献

[1]包建斌.转K2型转向架提速改造货车旁承垂向游间调整分析[J].铁道车辆,2006,44(2).

[2]李振国.旁承间隙超差的原因分析及防止措施[J].铁道车辆,2003,41(12).

[3]刘万波.转8A型转向架上下心盘的检修现状及其发展建议[J].铁道机车车辆,2005,25(6).

[4]蒋录军.内燃机车车体架通用检修台位的研制[J].铁道机车车辆工人,2004,(8).

[5]马骊群,等.工业大尺寸测量仪器的溯源现状及发展趋势[J].计测技术,2006,26(6).

[6]降晓军,吴广成.全站仪极坐标法在连铸机安装中的运用[J].科技情报开发与经济,2007.17(30).

[7]喻彩丽,曹淼龙.工业坐标测量系统的应用研究[J].计量与测试技术,2005,32(3).

大尺寸娱乐等 篇2

看到三星R720我们并不陌生，它的外形设计与我们评测过的三星R系列笔记本电脑十分相似。顶盖依然是黑色光面，简约大方，但容易印上难以擦去的指纹。翻开屏幕则让人看到了它特色的一面，17.3英寸屏幕配以较窄边框给人良好的视觉感受。标准键盘大小的键盘用起来比较舒适。少了几分拘束感。总体来说，R720设计比较简洁，没有像我们印象中的娱乐机型一样设计诸如快捷键、触控区域等元素。

既然是以影音娱乐为己任，就让我们从这方面入手来看看R720表现。显示部分，17.3英寸显示屏的最大分辨率是1600×900，显示效果细腻。配置的ATI MobilityRadeon HD 4650显卡让R720可以流畅运行主流游戏，以及轻松播放高清视频，3Dmark 06得分为5995分。而我们测试的机型最主要的核心部分采用了英特尔酷睿2 P7350处理器，搭配3GB内存和250GB硬盘。在WorldBench 6测试中取得77分，总体性能位于主流水平。

对于影音娱乐来说，接口配置的重要性更为突出，R720常规接口全都配备，只是HDMI、e-SATA(兼容USB)、VGA等大部分接口都分布在机身左侧，而右侧的网络接口却占据了触手可得的位置，同侧的2个USB接口则被挤在了远端，这势必会给使用带来一些别扭感。在机身底部我们还看到了低音单元，配合SRS技术，让我们听到了满意的声音效果。

最后再说一下R720的电池续航能力，R720配有一块11.1V、4000mAh的电池(44Wh)，MobneMark 2007测试时间是2h34min。

技术武装下的进化——索尼DSC-TX7C数码相机测试

吴锋

索尼的Cyber-shot T系列数码相机。一直是年轻时尚用户首选的卡片DC之一。在2009年索尼的Cyber－shot T系列在背光照射技术的武装之下，进化到了TX系列，推出了TX1，在弱光成像方面得到了显著地加强。2010年新年伊始上市的Cvber-shot DSC-TX7C(下文简称TX7C)。又将带来什么样的新技术和功能?

TX7C保持了T系列一贯靓丽纤细外观，在“内涵”上更上一层楼。TXTC内置小巧紧凑、功能强大的Exmor RCMOS影像传感器，加之高性能的BIONZ影像处理器共同作用，在低照度条件下的优异成像表现尤为突出。这款相机是索尼T系列家族中首款带有广角的机型，它采用了全新的25mm广角的卡尔，蔡司镜头。由于T系列的纤薄机身，很多用户都喜欢随身携带，记录旅途中的所感所悟。25mm的广角无疑能在镜头中融入更多的风景，记录更多的感想。

TXTC还加入了在HX1中广受欢迎的“扫描全景模式”，并将其升级为“智能扫描全景模式”。它能识别镜头中出现的人脸和运动对象，进行优化处理。自动接合后的全景照片流畅生动，无论拍摄内容是山川河流、田园风光，还是摩肩擦踵的街景都气势恢宏，很有震撼力。无疑，25mm的广角也会为全景照片带来更宽广的视野和更独特的视角。1920×1080／50iAVCHD格式的高清动态影像所记录的高品质视频，适合在BRAVIA高清液晶电视等大屏幕上播放，在进行高清动态影像拍摄时，也能调节广角焦距。此次推出的TX7C有红、深蓝、灰三色，能配合各种服饰和场合所需。

大尺寸测量校准技术分析 篇3

1 工业大尺寸测量系统发展

随着科学技术的不断发展, 工业生产的不断变革, 使得工业测量的内容和手段也发生了很大的变化。尤其是进入九十年代以来, 工业发达国家对大尺寸测量的需求越来越多, 特别是在汽车、船舶、航空、航天、核工业、能源及水力电力工业中, 大型部件的测量比比皆是。除了传统的光学测量仪器以外, 大型三坐标测量机对那些方便移动的工件来说, 是最有效的测量工具, 然而固定式三坐标测量系统最大的问题是测量空间有限、测量方式被动。上个世纪80年代初, 面向现场的便携式坐标测量系统不断出现, 解决了各种工业现场测量的难题。这些系统不再是简单的直角坐标测量体系, 而是通过测角、测长及相应的计算方法求解出物体的空间坐标.系统结构紧凑、携带方便, 测量空间开放, 是面向测量对象的主动式测量。人们越来越多地使用这些高精度、可移动式空间大尺寸坐标测量系统, 如激光跟踪仪、激光雷达扫描仪、3D扫描仪和经纬仪系统等。这些仪器可以快速、准确、高效地完成定位、放样、检查和校准等测量任务。

激光干涉仪是一种高精度距离测量仪器, 配合相应的光学组件还可以完成角度、直线度的测量。干涉仪的测量范围比较大, 一般都可以到几十米。用途很广, 既可以作为高精度位置传感器, 也可以作为校准工具。固定式坐标测量系统绝大部分采用的都是正交直角坐标测量系统, 具有固定的工作台或工作空间。在三个互相垂直的轴向上分别装有导向机构、侧长元件和数显装置等, 测量时通过测头进行采点。可移动、多关节坐标测量系统采用多关节摆臂原理测量, 通过安装在各关节及连杆内部的角编码器获得各个关节及连杆的转角, 再结合关节及连杆的机械参数计算出测量点的三维坐标, 此方法经济有效, 但是测量范围有限。激光跟踪仪是上世纪80年代发展起来一种移动式高精度空间坐标测量仪器, 下面将会详细介绍单站激光跟踪仪的校准过程。激光跟踪仪空间坐标结构采用球坐标, 即空间点的敏感单元由但部分组成, 包括两个测角单元和一个测距单元。其最大特点就是可以自动跟踪目标反射镜, 实现高精度快速测量, 而且操作简单, 准备工作少, 额可以进行自动跟踪测量。经纬仪组合坐标测量系统则是一种早期的工业坐标测量系统, 系统操作简单、便于携带, 受环境影响较少, 但是采用人眼瞄准所以测量效率低。另外, 比较常见还有全站仪、室内GPS系统、3D摄影测量系统、便携式光笔测量系统和激光雷达测量系统等等。

2 单站激光跟踪仪的校准

2.1 校准参数

在现代仪器制造中, 部件的制造和装配精度己不像以前那么重要, 重要的是设法提高机构的精密性和重复性, 并通过适当的方法测出系统误差, 用软件加以修正, 称为重复性设计和重复性制造。这样, 不仅提高了仪器精度, 而且降低了对制造和装配的要求, 使成本降低、工效提高。单站激光跟踪仪中一般具有某些系统误差参数, 它表示仪器目前所处的状态, 可以通过一定的程序将其检测出来并加以校正, 状态参数满足要求是保证仪器获得标称精度的前提, 因此, 在校正仪器精度参数之前, 应首先校准仪器状态参数。单站仪所有测量参数都基于坐标计算, 坐标精度是所有测量精度的根本保证。定位重复性是定位精度的重要组成部分, 它能反映许多误差。制造商专门设有坐标测量精度和坐标测量重复性这两项技术指标, 因此, 绝对坐标精度和坐标重复性应分别加以校准。单站仪校准参数确定为:

1) 状态参数校正;

2) 坐标测量重复性;

3) 绝对坐标测量精度;

4) 空间测长精度;

5) 面向测量对象的精度;

6) 动态测量特性。

2.2 校准方法

状态参数校正可根据仪器操作手册进行, 不同型号的仪器具有不同的状态参数, 校正方法也不同, 例如, LTD500单站仪带有Field Che ck.Tracke r Alignm e nt和Inte rm e diate Alignm e nt三组程序, Fie ld Che ck用于检测状态参数产生的效果, 以决定是否进行参数校正, Tracke r Alignm e nt用于校正并刷新状态参数, Inte rm e diate Alignm e nt只对部分状态参数校正并刷新, 其它参数不变。

坐标重复性表现为多次测量同一点时反射器中心绕位置集中心的随机偏移。单站仪一般采用球型反射器, 角准时可采用磁性球座或标准球, 前者定位中心位于磁性座支承球面的中心, 后者定位中心为标准球中心。用磁性座时采用静态测量模式, 采样时间间隔取0.05秒, 平均次数取100次, 测量每一点需0.5秒, 这样可以最大程度消除空气扰动和其它环境随机误差对测量产生的影响。采用标准球时, 需采用动态测量模式, 调用球心测量指令, 根据标准球大小和精度状况设定采样时间间隔或采样距离间隔。为了反映坐标测量重复性随距离标化的特性, 可在不同距离处校准。校准时应注意目标对定位点的逼近方向、移动速度和加速度、反射器入射角等因素, 以充分反映它们对坐标重复性的影响。

绝对坐标测量精度校准方法与经纬仪系统类似, 采用高精度CMM或标准立方体作为标准, 利用若干公共点 (或全部测量点) 将仪器坐标系转换至实物标准坐标系, 在同一坐标系中进行比对, 数据处理方法与经纬仪系统相同。采用, m校准时, 将反射器安装在CMM测量主轴上, 静态采点和动态采点均可。采用标准立方体时, 反射器在标准球球面上连续接触滑动, 单站仪跟踪采点给出最小二乘球心坐标, 采样速度最高可达1000点/秒。

单站仪空间测长误差随距离增大而增大, 这一点与经纬仪系统相类似, 与经纬仪系统不同的是, 单站仪一般不存在明显的最佳测量空间。校准时将标准长度置于常用测量距离上, 建议取5m~6m, 仪器安置在标准长度一侧, 测量时应有高度角变化, 以充分反映水平垂直测角误差。标准长度可采用基准杆, CMM或双频激光干 (下转第222页) (上接第213页)

涉仪, 当采用基准杆时应注意反射器与基准端面的连接, 使得标准长度与测量长度相对应, 实物标准的量程应与仪器测量范围相适宜, 实测长度与标准长度之差作为测长误差。

面向测且对象的精度采用标准实物直接比较, 标准实物的形式视测量任务而定。由于仪器误差对实际测量的影响与校准时相一致, 因此, 这种方法简单、准确, 它能对形状复杂但准确度不高的测量进行溯源, 评定测量参数的不确定度, 而不需要分析单站仪内部结构及误差特性, 缺点是必须对标准实物进行绝对校准。由于单站仪的被测对象往往尺寸较大, 制造标准实物费时费力, 故该项校准只在特定情况下使用。

单站仪可以动态测量各种几何参数, 动态测量特性有别于静态测量性能, 它反映的资左巴索更邑倩况更复杂。校准动态测量特性采用的标准可以根据需要采用不同的形式, 可以在不同的速度下移动激光干涉仪反射镜或CMM测头产生动态标准长度, 令单站仪与标准仪器同时采样读数, 实测长度与标准长度的差即为动态测长误差。也可测量旋转球杆, 当旋转机构精度很高时, 球杆的空间运动轨迹可作为标准圆, 实际测量参数相对于标准参数的差为圆的动态测量误差。

3 结论

本文以单站激光跟踪仪系统校准方法为例, 对大尺寸空间坐标测量系统的研究现状和校准技术进行了分析与总结。进一步深入研究大尺寸空间测量技术发展提供基础保证, 以期进一步开发先进大尺寸空间校准系统, 以满足现在日益发展工业要求。

参考文献

[1]刘晓东.使用激光跟踪仪确定数控机床空间位置关系.制造业自动化, 2004.

大尺寸检测 篇4

不仅是咖啡, 许多溶有固体小颗粒物质的溶液在液体蒸发后都会在边界出现一个类似暗环。一个由美国工程院院士、加州大学洛杉矶分校细胞控制研究所所长何志明教授领导的研究小组提出, 可以将这一生活中的常见现象与生物传感技术相结合, 用于检测唾液、血液等各种体液中的生物标志物, 以进行医学诊断。不过, 若要将这一现象用于生物检测, 首先要找到咖啡环效应出现的最小尺寸极限。

咖啡环效应存在一个尺寸极限, 这是因为, 随着液滴尺寸的减小, 液滴蒸发的速度会大大增加, 而液滴内固体颗粒的运动速度却变化不大。如果液滴的尺寸小到一定程度, 那么液滴蒸发的速度将远远大于固体颗粒运动速度, 在液滴蒸发完之前, 颗粒没乎均匀地沉积在整个液滴覆盖的面积上而非液滴的边缘区域。

参与研究的加州大学洛杉矶分校机械与航空工程学院博士黄得胜表示, 人体的血液或唾液中包含大量的微米或纳米尺度的分子或生物微粒, 可以利用咖啡环效应把它们沉积下来并利用相关的生物检测技术进行分析和定量。而了解所谓咖啡环效应出现的最小可能尺寸, 则有助于尽可能地缩小生物传感器尺寸, 并使得单个芯片在小面积上具有同时进行多种生物标志物检测的能力。

“这样的检测技术还有一个优势, 即整个检测过程非常自然, 仅仅依赖于正常的蒸发过程。”黄得胜博士补充道:“这将使得整个检测设施非常廉价也很便于制造。对于那些没有足够医疗设备的偏远地区, 这样廉价又易于获取的医疗装置将对相关的医疗检测有很大帮助。”

研究人员目前正在利用研究结果调整相关参数, 希望可以得到最佳的实验条件组合使咖啡环效应可以用于生物检测。这项研究成果日前已作为封面文章发表在美国《物理化学杂志》上。

大尺寸检测 篇5

图1所示为汽车电动燃油泵动力元件叶轮。该叶轮采用高分子聚合材料PPS注塑而成, 最终的外圆直径尺寸由数控机械加工保证, 但由于结构和功能的需要, 齿数设计为奇数, 即47齿。

由于此零件较小, 具有一定弹性, 且其外圆齿数为奇数, 给其直径测量带来了一定难度, 经过分析, 有3种方法可考虑试用。

(1) “齿顶弦高法”:即直接测量叶轮一端齿顶圆弧切线到另一端的两个齿尖连线的距离, 但得出的数值并非直径值, 而是半径和弦高数值的和。理论上经过图解和计算可求出相应的外径尺寸, 但实际应用此法时, 需用螺旋测微仪直接测量, 测量力导致的误差较大, 且叶轮两侧的测量点也不易找准, 所以, 无论在理论分析上, 还是在实践应用上, 都证明其不可行。

(2) “间接试切法”:利用直径和厚度与叶轮相同的尼龙片料 (无齿) 与叶轮一同穿在工装上加工, 然后测量尼龙片料车削后的外径尺寸, 以期等价于叶轮外径尺寸, 但从这两种工件的结构和加工性分析, 其加工后的尺寸差异较大, 同时给加工系统也带来一定麻烦, 试验证明效果不佳。

(3) “显微公式法”:此种方法在加工同轴度满足要求的前提下, 完全可以精确测算出叶轮直径值, 本文重点介绍该种方法。

2 设想及检测原理

用工具显微镜 (现有量程0～25mm/0.001) 检测, 并读出图1所示的a线、b线、c线3个数值, 算出A、B (A=a-b, B=b-c) 二个数值, 利用公式D=2A+B得出叶轮直径D。

3 检测方法及应用实例

直径尺寸:29.98～30.00mm

检测仪器:工具显微镜 (0-25mm/0.001)

检测方法与步骤: (1) 按图1所示, 为工件建立坐标系。 (2) 以蹄形孔直线部分为Y基准, 然后以与蹄形孔直线部分垂直的圆弧部分的切线为X基准, 将叶轮定位在工具显微镜的载物盘上。 (3) 选择图1所示工件的上半部分检测, 而非另一半。 (4) 左手操纵Y轴旋钮, 右手操纵X轴旋钮, 进行读数, 见图2。 (5) 每件重复测量5次, 取其平均值;或去掉最大值和最小值后再取平均值, 本例采用前法。

4 方法总结

优点: (1) 此法检测避免了螺旋测微仪直接接触叶轮外径, 使叶轮受力变形而引起的粗大误差。 (2) 不必考虑奇数齿测外径导致的结构偏差。 (3) 降低了分析加工系统误差和测量系统误差的难度。 (4) 可较准确地测出叶轮直径, 重复性、再现性较好。

缺点: (1) 检测效率较低。 (2) 操作技术性要求高。 (3) 对叶轮加工的同轴度要求较高。

轴类零件直径尺寸的光电检测系统 篇6

关键词：轴类零件,光电检测,微分法

轴类光电检测技术, 就是利用轴对光信号各参量进行调制来实现测量的。轴对光信号各参量调制的过程为:光源—待测轴—接收器件。也就是把被测轴的相关测量信息加到光信号上面, 改变光信号的参量, 从而达到测量的目的, 即用被测轴类零件直径尺寸对光信号进行调制。

光信号的调制一般包括如以下四种: (1) 光强调制; (2) 光相位调制; (3) 光偏振调制; (4) 光频率以及波长调制。利用光电检测技术对轴类直径尺寸进行的光电检测, 主要就是用轴对照射至光电检测器件上的光信号遮挡, 这样就对光的强度进行了调制, 最后再由光电检测器件进行光电转换以便实现对轴的直径尺寸进行测量。

1 轴类零件尺寸的光电检测系统

检测系统总体框图如图1所示。

均匀照明后的被测轴经过成像系统并以一定的放大率成像至CCD传感器的光敏面上, 并由线阵CCD传感器实现光信号至电信号间的转变, 经过转换得到的电信号再由后续的一系列处理电路进行处理最后得到轴类直径尺寸信息。

1.1 成像系统

在成像系统中, 照明光源在经过透镜后产生了平行光束, 在本检测系统当中用一对光楔对该平行光束扩束, 用一对楔形棱镜扩束能够在不改变该平行光束准直性的前提之下把该方向平行光束精确的压缩到或扩展到规定尺寸的范围以内, 与此同时也可以通过改变两棱镜之间的夹角、棱镜以及入射光束间夹角来改变出射平行光束方向和直径, 所以只要我们适当选择合适的放大率就能够改变光束方向和直径[2]。

1.2 处理电路

在此检测系统当中, 处理电路在保证整个光电检测系统精度以及其稳定性方面非常重要。由线阵CCD传感器来实现光信号至电信号的转变, 它所输出的这个电信号再以脉冲的形式输入至数字电路进行处理, 这就要求信号失真小且边缘好, 这样才能保证检测系统测量的稳定性。在使用该光电检测系统对轴类直径尺寸进行测量的的工作过程当中CCD会受到许多的干扰, 为此我们利用低滤波器允许低于某一频率的信号通过, 对高于这一频率的信号进行拦截, 使阻断无法通过。该检测系统当中线阵列CCD输出的是由图像采样所产生的离散模拟信号, 这其中夹杂着一些噪声信号会产生干扰, 甚至会对成像质量产生较严重的影响, 消除它的方法有很多, 我们经常采用的主要方法有低通滤波器和相关采样以及微分取样法还有反射延迟法等几种这当中的相关双采样电路不仅可以对噪声信号进行抑制, 并且工作时的频率较高, 所引入的噪声信号很小, 其电路结构比较简单易于集成化, 非常适用于本系统中高性能的线阵CCD对信号进行处理[3~6]。另外本系统还采用了差分比例运算电路对噪声信号的干扰进行消除, 有效的对所需的有用信号进行分离。此外本系统还采用微分法对电路当中的信号进行处理并进行二值化处理, 被测轴的直径边缘正是挡光、通光的交界处, 所以在被测轴直径对应边界的特征点位置其光照强度的变化最大, 由高等数学当中的相关知识我们知道, 在这一拐点处对电压函数取一次微分, 它的值应该是最大的, 对它求二次微分它的值就应该是零。该微分测量电路精度也直接影响着系统所提取的代表被测轴直径边缘的特征点的准确与否。

2 实验结果分析

在实验过程当中, 对标准轴类零件直径进行多次测量所得结果如表1。

对于标准轴一:

对于标准轴二:

对于标准轴三:

由以上相关计算可知, 当被检测轴类直径越大、检测系统视场越大且焦距越短时, 该光电检测系统精度就越低。

3 结语

使用高分辨率的CCD能够方便误差修正, 用一对楔形棱镜进行扩束和变向, 可以对特定方向的平行光束精确地进行压缩或扩展, 使其达到规定尺寸范围, 另外也可以及时的对系统出射光线的方向进行调整, 以确保照明方向的准确性, 采用微分法对轴类零件直径光电检测系统的信号进行二值化处理, 对提高测量系统的精度也可起到积极的作用。

参考文献

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大尺寸检测 篇7

计算机硬盘中有不少形状复杂的精密薄片零件,其尺寸的在线高精度检测已经成为一个重要的研究课题。机器视觉检测技术以非接触、柔性好、精度高、速度快、自动化和智能化水平高等优点逐渐成为机械加工领域中新的检测技术,而边缘检测是机器视觉检测技术的基础和关键,边缘的定位精度直接影响到尺寸检测的精度。笔者基于机器视觉检测技术研制了薄片零件尺寸检测系统[1]。检测系统的算法应保证检测实时性,计算精度应保证检测精度要求,抗噪声能力要适应工业生产现场。国内外众多学者对边缘检测问题进行了广泛的研究,提出了很多边缘检测方法,现有的边缘检测方法可分为三类:第一类是基于某种固定的局部运算方法,如微分法,拟合法等[2];第二类是以能量最小化为准则的全局提取方法[3],如松驰法,神经网络分析法等;第三类是小波变换[4]、数学形态学[5]、分形理论等近年来发展起来的边缘检测方法[6]。也有很多学者对各种边缘检测算法作了对比研究[7,8,9,10,11],已有的研究大多使用Lena图像或者简单的仿真图像作为评价图像,对算法的边缘定位精度和抗噪声性能分析不足。本文以高斯模糊的仿真图像以及生产现场的薄片零件图像为评价图像,对Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Kirsch算子、Laplacian算子、LOG算子、数学形态学边缘检测方法的边缘定位精度、抗噪声能力和计算时间进行对比研究。

2 边缘检测方法

2.1 一阶微分算子

Roberts算子是根据任意一对互相垂直方向上的差分可用来计算梯度的原理,采用对角线方向相邻像素点灰度值的差分来计算梯度。Roberts算子的两个模板分别为:

Sobel算子是在以像素点(i,j)为中心的3×3邻域上来计算梯度,将其上、下、左、右四个邻域的像素点灰度值加权差,与之接近的邻域的权最大。Sobel算子的两个模板分别为:

Prewitt算子的原理和Sobel算子的原理是一致的,只是计算差分时加权系数不同,在此不再赘述。Prewitt算子的两个模板分别为:

Krisch算子的原理与Sobel算子的原理类似,由8个模板组成。将图像中的每个像素点都分别用这8个模板进行运算,每个模板都对某个特定的边缘方向做出最大响应,能够在0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°方向上进行边缘检测。Krisch算子的8个模板及其检测方向为:

2.2 二阶微分算子

Laplacian算子就是二阶偏导数之和。

其离散计算形式为:

Laplacian算子的两个模板分别为:

Laplacian算子在图像存在噪声时,由于微分的放大作用,噪声成分加强,边缘的细节受到影响,边缘检测效果不佳。此外,它无法检测图像边缘的方向。针对Laplacian算子的缺点,Marr和Hildreth提出了一种改进的算子即LOG算子,首先将图像与高斯滤波模板进行卷积来平滑图像降低噪声,然后使用Laplacian算子近似地找出图像二阶导数的零交叉点,从而检测出图像的边缘。LOG算子的模板如下:

2.3 数学形态学边缘检测方法

数学形态学边缘检测方法主要用到形态学梯度的概念,其基本思想是对图像用一定的结构元素进行操作后与原图像进行数学形态学减法,一般采用膨胀腐蚀型梯度算子,即用膨胀后的图像减去腐蚀后的图像即可得到图像中目标的边缘。但此时的边缘不是单像素宽连通的,因此需要对其进行细化。用二值数学形态学中的区域骨架提取算法对边缘进行细化获得单像素宽连通的边缘,称之为轮廓。

3 实验结果及其分析

3.1 仿真图像

制作包含大小为296246像素的方块的图像作为仿真图像,将仿真图像进行高斯模糊,再用上述边缘检测方法进行边缘检测,边缘检测的效果如图1所示,检测时间与检测结果如表1所示。为了便于表达,在描述各边缘的边缘位置时,对于上、下边缘不再赘述其列的位置只叙述行的位置,对于左、右边缘不再赘述其行的位置只叙述列的位置。

3.2 薄片零件图像

用上述边缘检测方法对生产现场的薄片零件图像进行边缘检测,为了便于观察,仅将图像的局部进行显示,检测效果如图2所示,检测时间如表2所示。

由上述实验结果可以看出,Roberts算子对噪声很敏感,对图像没有平滑作用,对高斯模糊的仿真图像和薄片零件图像进行边缘检测后得到的边缘连续,但是边缘粗大,定位精度低,由于算法简单所以检测速度较快。Sobe算子、Prewitt算子和Kirsch算子对图像具有平滑作用,但也对噪声敏感,进行边缘检测后得到的边缘连续但很粗大,定位精度低,计算量比较大,其中Kirsch算子在8个方向上进行计算,计算量更大。Laplacian算子和LOG算子是二阶微分算子,计算量大,对噪声十分敏感,对高斯模糊的仿真图像和薄片零件图像进行边缘检测后均出现伪边缘。数学形态学边缘检测方法对上述两类图像进行边缘检测后均能得到单像素宽连续的边缘,定位精度高,对噪声不敏感,检测速度快。因此选取数学形态学边缘检测方法作为薄片零件尺寸机器视觉检测系统的边缘检测方法。

4 总结

以高斯模糊的仿真图像和生产现场的薄片零件图像为评价图像,分别用Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Kirsch算子、Laplacian算子、LOG算子、数学形态学边缘检测方法进行边缘检测,对边缘检测结果进行了深入分析,对这些边缘检测方法的边缘定位精度、抗噪声能力和计算时间进行了比较。本文的研究内容为边缘检测技术的选取提供了可靠依据。

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大尺寸检测 篇8

专用仪器是专门为测量几个特定几何参数而设计的仪器[1], 具有方便高效、专用性和针对性强等特点。为提高仪器测量精度, 传统途径是在保证仪器零部件加工精度的基础上, 借助于误差修正法, 通过高精度仪器辨识出通用仪器的单项原始误差、综合误差、定位误差等, 之后对辨识出的误差进行修正[2,3,4,5]。对于专用仪器而言, 传统误差方法存在以下问题:高精度仪器很难实现在线误差辨识, 且难以辨识仪器的综合误差;仅靠单一标准件难以准确发现误差规律;专用仪器测量针对性强, 被测工件尺寸型号多, 很难找到多种与被测对象符合的实物基准。考虑专用仪器专门测量系列型号工件, 笔者尝试用被测工件代替标准件辨识系统误差。本文以自行研制的关节轴承球面尺寸检测仪为研究对象, 对误差在线辨识与修正法进行了具体研究。

1 关节轴承球面尺寸检测仪

1.1 测量原理

关节轴承由内外圈组成, 如图1所示, 由内外圈组成的滑动球面摩擦副的形状会直接影响关节轴承各方面的工作性能, 因此, 球面半径r、球心位置S等与形状相关参量的高精度测量十分重要[6,7]。受企业委托, 我们研制了关节轴承球面尺寸检测仪 (图2) 。其测量原理是:让内圈或外圈绕中心轴线转动, 通过测量若干过球心圆截面的二维形状, 进而得到球面信息。测量时, 控制分度台带动被测工件绕旋转轴线转动, 使其依次定位到每个待测截面上, 一维平移台带动激光测头对截面圆进行采样, 获取截面圆轮廓上各采样点横向、纵向坐标值, 由最小二乘法拟合得到球径和球心坐标。

1.2 误差分析

为实现准确测量, 仪器结构设计应保证:安装基面垂直于旋转轴线, 激光光轴垂直于一维平移台位移方向, 且位移方向平行于安装基面, 工件球心在旋转轴线上, 旋转轴线在测量平面内。但受仪器零部件制作精度及安装误差的影响, 系统会产生以下主要误差:工件安装偏心产生的误差、旋转轴跳动产生的误差、安装基面与旋转轴线不垂直产生的误差、温度产生的误差、激光光轴与理想位移方向不垂直产生的误差。

1.2.1 工件安装偏心产生的误差

工件安装偏心导致工件球心O偏离旋转轴线, 如图3所示。分度台旋转, 球心O绕其在旋转轴上的投影点G旋转, 半径为偏心距e, e的横向分量Δex影响球心横坐标, 竖直分量Δez使测量平面偏离球最大截面影响半径, 且各截面的影响量不同。由每个截面角度与偏心角度关系可知, 误差模型如下:

式中, e为偏心幅值;βi为每个被测截面圆对应分度台角度;β0为偏心方向对应分度台角度;ri为实际测量半径。

1.2.2 旋转轴跳动产生的误差

工件球心位置不仅受工件安装偏心影响, 还同时受旋转轴跳动影响, 这导致实测截面偏离最大截面, 影响测量结果。由图4可以看出:由于工件安装偏心和旋转轴跳动同时存在, 使被测件8个截面的实测轮廓曲线不重合。旋转轴跳动分为径向跳动和轴向跳动, 下面分别分析两者的误差模型。

设径向跳动误差量为t, 它使球心偏离理想旋转轴线, 而理想旋转轴线在测量平面内, 导致测量平面偏离球最大截面的距离也为t, 结合图3, 可推导出对球半径的误差模型为

设旋转轴轴向跳动量为s, 它使实际安装基面偏离理想安装基面, 并沿旋转轴线窜动, 导致工件实际球心沿理想轴线前后移动, 从而影响球心纵坐标的准确获取。轴向跳动对8个截面的纵坐标影响量为

1.2.3 安装基面与旋转轴线不垂直产生的误差

安装基面不垂直于旋转轴线, 实际安装基面与理想安装基面夹角为α, 如图5所示。工件安装偏心存在时, 随分度台旋转, 实际安装基面绕旋转轴线倾斜转动, 导致工件的实际球心不仅偏离旋转轴线, 而且沿轴向前后移动, 影响球心坐标;同时导致弧段采样区间改变, 影响激光测头读数。设偏心距为e, 安装基面倾斜α时, e沿轴向的分量Δy影响球心纵坐标的准确获取, e沿理想安装基面的分量使在理想安装基面内的实际偏心距由e变为e′, 从式 (1) ~式 (3) 可知这会影响球心横坐标和球径。由三角关系可以得到如下误差模型:

1.2.4 温度产生的误差

仪器在车间实验室使用, 必须考虑使用时的环境温度偏离标准温度 (20℃) 情况下导致的工件几何尺寸的变化, 尺寸变化量为

式中, αl为工件的线膨胀系数;Δt为工件温度相对标准温度的偏差;L为工件的尺寸。

1.2.5 激光光轴与理想位移方向不垂直产生的误差

激光器安装误差和一维平移台的直线度误差会导致激光光轴不垂直于理想位移方向。安装误差导致激光光轴不垂直于位移方向, 实际激光光轴与理想光轴的夹角为θ, 如图6所示。平移台的直线度误差使工作台实际位移曲线偏离理想直线, 设工作台移动到某点时, 激光光轴跟随工作台偏转γ, 导致激光光轴与理想光轴的夹角为γ, 如图7所示。两种误差的综合结果使被测圆弧上每个采样点的坐标值改变, 从而影响测量结果。对圆弧上点M, 坐标改变量如下:

式中, y′为实际激光测头读数值;y为理论值。

两种误差源中, 安装误差导致的夹角θ是恒定的, 而偏角γ随位移台移动而改变。在精度分配时, 保证选型的一维平移台直线度在一定精度内, 这样使得γ相对θ很小, 且在测量弧段内γ正负变化可以抵消, 这里认为θ是最主要的误差。

用MATLAB软件仿真半径变化量与r、θ的关系, 构造理论圆, 算出各采样点的新坐标值并由最小二乘法拟合出新的半径。图8给出了不同θ时Δr与r的曲线, 可发现:当θ大于0°时, Δr小于0, θ小于0°时, Δr大于0;Δr与r成线性关系, 且Δr的绝对值随r的增大而增大;当r一定时, θ的改变量越大, 半径的变化量也越大。由仿真结果可得到Δr与r、θ的关系:

2 误差在线辨识与修正

为提高仪器测量精度, 常考虑用标准球对上述误差进行辨识与修正。使用标准球存在以下问题:该仪器的工装系统专门为装夹工件设计, 由于工件的尺寸原因, 在三爪卡盘和工件之间加了基准板, 导致了卡爪可夹持长度缩短, 标准球不能直接被夹紧, 而设计球座辅助装夹, 又会引入附加偏心误差;标准球与工件材料不同, 温度变化带来的影响不同;很难买到多种不同尺寸的标准球, 而单一标准球无法验证激光光轴与位移方向不垂直对不同半径的影响模型。因此由测量标准球获得的修正值, 并不能准确用于修正工件测量结果, 不如直接用系列工件代替标准球。

下面以关节轴承GAC系列的内圈为例, 对三个工件的实测结果进行分析, 并与三坐标测量结果进行比对, 确定各误差修正模型或修正量。关节轴承检测仪在25℃车间实验室里测量工件的8个截面, 获得每个截面的测量结果, 并取均值;再用测量精度为2μm的三坐标测量机在标准温度20℃下测量同一个工件, 三个工件的测量结果见表1。

mm

由表1可以看出, 三种工件由关节轴承检测仪测得的半径值与理论值、三坐标测量机测量值相差较大, 球心x、y平均值的标准差比较大。图9是三个工件8个截面球心x坐标变化曲线, 图10是y坐标变化曲线, 曲线上的点分布不均匀, 是由于8个测量截面是不均布的 (避开卡爪, 以消除三个卡爪挡住激光光线对测量带来的影响) 。

(1) 工件安装偏心、旋转轴跳动、安装基面与旋转轴线不垂直产生的综合误差的辨识和修正。由图9和图10可以看出曲线重合性比较好, 说明工件安装偏心、旋转轴跳动、安装基面与旋转轴线不垂直产生的综合误差与工件尺寸无关;同时球心坐标受综合误差的影响比较复杂, 难以用模型法修正误差, 因此对每个截面的球心坐标采用数值法修正。对图9中三个工件的x坐标取平均, 得到每个截面的xi, 再与8个截面平均值作差得到Δxi即球心x坐标误差量;同样方法得到yi、Δyi。误差量公式如下:

计算结果见表2。

mm

综合误差会使测量平面偏离球最大截面影响半径, 由图3中偏离量Δez与Δex的相对关系, Δzi随截面变化曲线总体向右移动90°获得。由式 (3) , 不同尺寸工件每个截面半径的误差量及均值公式为

(2) 温度产生的误差修正。关节轴承球面尺寸检测仪在车间实验室使用, 环境温度是25℃, 工件的线膨胀系数为11.6×10-6K-1, 由式 (8) , 温度引起的半径误差量为

(3) 激光光轴与理想移动方向不垂直产生的误差辨识与修正。此项误差的参数θ用工件的实测结果辨识不出来, 需要借助三坐标测量结果。设关节轴承球面尺寸检测仪测得的半径值与三坐标测量差值为Δr, 减去Δr1、Δr2两项误差量后, 三个工件半径的剩余误差量分别为-73μm、-81μm、-125μm, 由式 (11) 反推出θ分别为0.078°、0.079°、0.078°。θ值基本一致, 是此仪器固有的系统误差, 与工件尺寸无关, 取θ辨识值为0.078°, 直接用模型修正θ的影响。θ引起的半径误差量为

综上分析可得:每个截面球心x坐标修正值为-Δxi, 每个截面球心y坐标修正值为-Δyi;半径的修正值为Δr=- (Δr1+Δr2+Δr3) 。

3 实验验证

用同系列工件GAC60S验证修正效果, 其材料、装夹方式、8个测量截面位置与上面三种工件一致, 在25℃实验室环境中用关节轴承球面尺寸检测仪对其进行测量, 按照前述步骤修正实测结果。

(1) 球心位置的修正。用测得的各截面xi-Δxi, yi-Δyi, 获得修正后各截面球心x、y坐标值。

(2) 半径的修正。用测得的各截面ri, 由式 (14) 获得各截面误差量Δri, 并由式 (15) 求得Δr1=-0.2μm。用8个截面半径实测均值r, 由式 (16) 、式 (17) 分别算出:

用r+Δr获得修正后的半径值。

将修正结果与三坐标测量机测量值进行比对, 由表3和表4可以看出修正后的测量结果与三坐标测量值差值在10μm以内, 与修正前的测量结果相比, 测量精度明显提高, 使仪器满足了企业要求的±0.01mm的精度要求。

mm

mm

4 结论

本文指出了常用于坐标测量机等通用仪器的误差修正方法用于关节轴承球面尺寸检测仪时的不足, 在对仪器系统误差分析建模的基础上, 采用误差在线辨识与修正法, 直接对几种工件的实测结果进行分析, 辨识并确定了各误差修正模型或修正量。修正结果表明:该方法明显提高了仪器的测量精度。此方法无需借助标准件, 直接由系列工件实测结果辨识与修正误差, 该方法给类似的专用仪器测量精度的提高提供了新的思路。

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