一种实现电极丝与喷油孔对中的嵌套圆拟合方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于小孔对中的圆拟合方法，具体涉及一种可用于检测圆小孔、 尤其是小直径圆孔对中的圆拟合方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业的高速发展，对零部件种类和数量的需求量大增，其中，有圆小孔加工的 零部件随处可见。具有圆小孔的零部件几何中心的定位精度对其测量、加工和装配有着不 可忽视的重要意义，并在工业测量、加工和装配中频繁出现。
[0003] 在汽车工业中，发动机喷油嘴偶件上针阀体喷油孔的测量、加工和装配过程中，就 存在孔径为〇· 1mm~1mm的圆小孔对中问题。例如，在汽车喷油嘴加工领域，针对孔径为 0. 1mm~1mm针阀体喷油孔的加工，大部分厂家采用的工艺路线是：采用圆柱状微细电极丝 以电火花方式高速加工出喷油孔；目前工艺路线存在的问题是：电火花打孔后，孔内壁有 微裂纹、且存有几十μπι厚的重熔层。微裂纹在高温、高压的环境下会造成基体破裂，缩短 针阀体使用寿命；重熔层在高温、高压的环境下会脱落、破裂，随高速燃油进入气缸后，易损 坏气缸内壁。一种改进的加工技术路线是：在用微细柱状电极丝以电火花加工方式打出直 孔后，用侧壁绝缘柱状电极以电解方式加工喷油孔，使针阀体喷油孔内壁光滑，且形成倒锥 形状，不仅去除了重熔层和微裂纹，而且有效提高了喷射系数。在对针阀体喷油孔的二次加 工过程中，电解加工的侧壁绝缘圆柱状电极穿入电火花所打的直孔中时，用于电解加工的 侧壁绝缘圆柱状电极与电火花所打的直孔是否对中，是影响针阀体喷油孔加工质量的关键 要素之一。
[0004] 为解决用于电解加工的侧壁绝缘圆柱状电极与电火花所打的直孔是否对中的问 题，也就是解决用于电解加工的侧壁绝缘柱状电极的圆环与孔径为0. 1_~1_的圆形直 孔所组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题。因此，解决用于电解加工的侧壁绝缘柱状电 极的圆环与圆形直孔所组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题，便可使发动机喷油嘴偶件 上针阀体喷油孔的测量、加工和装配过程中存在的小孔对中问题得到解决。用于电解加工 的侧壁绝缘圆柱状电极的圆环与圆形直孔所组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题，对 汽车发动机的喷油嘴偶件上针阀体喷油孔的加工形状与尺寸精度，是一个关键的技术问 题。
[0005] 为解决圆柱状电极与孔径为0· 1mm~1mm的圆形直孔所组成的嵌套圆的两圆心 是否重合的问题，可以采用显微镜下对中，但人为操作精确度不高，而且每一次对中程度不 同，造成产品成型结果有差异。目前也有采用图像处理的方法，将用于电解加工的侧壁绝缘 圆柱状电极的圆环与圆形直孔进行圆拟合，通过图像处理的计算出嵌套圆的两圆心位置， 用两圆心的坐标位置就可以确定嵌套圆的两圆心是否重合。因此，寻找一种精确而快速的 拟合侧壁绝缘圆柱状电极的圆环轮廓与圆形直孔的小孔轮廓的圆拟合方法尤为重要。迄 今已有多种圆拟合的方法，目前普遍的圆拟合方法针对于标准圆形小孔的拟合质量可以很 高，而实际工业现场的圆小孔图像存在畸变，或是嵌套圆是有畸变的非标准圆形，且采集的 圆形小孔背景图像存在大量噪声，现有圆拟合方法较复杂，在拟合精度、运算速度和效率方 面很难满足实际工业生产的需求。因此，精确而快速的一种小孔对中的圆拟合方法，亟待研 究应用。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，确有必要提供一种精确而快速的一种小孔对中的圆拟合方法。
[0007] -种两个不同孔径的小孔对中的嵌套圆拟合方法，包括以下步骤：
[0008]S1:提供一第一孔、一第二孔，所述第一孔与所述第二孔的孔径不同，并采用一对 中装置对所述第一孔和所述第二孔进行初步对中；
[0009]S2:获取所述第一孔和所述第二孔初步对中的图像，该图像中所述第一孔对应第 一圆，所述第二孔对应第二圆，对该图像进行灰度化和二值化处理，得到一二值化图像，对 该二值化图像进行边缘提取，获得一第一图像；
[0010] S3 :对所述第一图像进行去噪处理；
[0011] S4 :建立坐标系，利用最小二乘法拟合所述第一圆，确定所述第一圆的圆心的坐标 位置；
[0012] S5 :确定所述第二圆的圆心在所述坐标系中的坐标位置；
[0013]S6:计算出所述第一圆与第二圆的圆心距，将所得数据结果反馈至所述对中装置， 实现所述第一孔与所述一第二孔的对中。
[0014] 本发明提供的方法，计算公式简单，采用建立坐标系，逐步约束的思想，利用最小 二乘法及嵌套圆的几何特征解决了其他圆拟合方法中存在的计算量大，耗时久，不直接支 持嵌套圆的拟合的技术问题，带来了能够克服工业检测中乳香数据噪声的影响，计算量小， 精度较高，可以直接支持嵌套圆拟合的有益效果。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例中第一孔与第二孔初步对中图像的灰度化、二值化及边缘拟 合后的第一图像。
[0016]图2为本发明实施例中对图1中的第一图像进行去噪后的图像。
[0017]图3为本发明利用最小二乘法拟合嵌套圆的第一圆的图像。
[0018]图4为本发明中实施例中第一图像中的第一圆与第二圆的几种位置关系图像。
[0019] 图5为本发明实施例中对图3进行象限和半径约束后的图像。
[0020] 图6为本发明实施例中对图3进行圆周角约束过程中的几种位置图像。
[0021] 图7为本发明实施例中对图3进行圆周角约束后的结果图像。
[0022] 图8为本发明实施例中对图7建立以0点为原点的矢量矩阵图像。
[0023] 图9为本发明实施例中对图8中的0点移动方向的几种位置图像。
[0024] 主要元件符号说明
[0025]第一孔 10
[0026]第二孔 20
[0027]第一圆 100
[0028]第二圆 200
[0029]第一图像 300
[0030] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述，参照附图。应理解，这些实施 例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内 容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所 附权利要求书所限定的范围。
[0032] 请参见图1至图3,本发明实施例提供一种两个不同孔径直径的小孔对中的嵌套 圆拟合方法，包括以下步骤：
[0033]S1 :提供一第一孔10、一第二孔20,所述第一孔10与所述第二孔20的孔径不同， 并采用一对中装置对所述第一孔10和所述第二孔20进行初步对中；
[0034]S2 :获取所述第一孔10和所述第二孔20初步对中的图像，该图像中所述第一孔 10对应第一圆100,所述第二孔20对应第二圆200,对该图像进行灰度化和二值化处理，得 到一二值化图像，对该二值化图像进行边缘提取，获得一第一图像300 ;
[0035]S3:对所述第一图像300进行去噪处理；
[0036]S4:建立坐标系，利用最小二乘法拟合所述第一圆100,确定所述第一圆100的圆 心的坐标位置；
[0037]S5:确定所述第二圆200的圆心02在所述坐标系中的坐标位置；
[0038]S6:计算所述第一圆100与第二圆200的圆心距，将所得数据结果反馈至所述对中 装置，实现所述第一孔10与所述一第二孔20的对中。
[0039] 步骤S1中，所述第一孔10与所述第二孔20的孔径不同。所述第一孔10可以是电 极丝外边缘、针管外边缘等。所述第二孔20可以是喷油孔边缘、带有小孔的工件上的孔的 边缘等。所述对中装置可以是小孔对中装置、冲床自动对中装置等。所述第一孔10的孔径 范围是0.8-1. 0毫米。所述第二孔20的孔径范围是小于1.0-2.0毫米。本实施例中，所述 对中装置为为小孔对中装置。本实施例中，所述第一孔10为电极丝外边缘。所述第二孔20 为工件边缘。所述第一孔10与所述第二孔20相互对中后，相互嵌套。本实施例中，所述第 一孔10为喷油孔，所述第二孔20为圆柱状微细电极丝。实际应用中，当圆柱状微细电极丝 以电化学方式第二次加工出喷油孔时，需要使电极丝与喷油孔对中，针对孔径为〇. 1mm~ 1mm的电极丝和针阀体喷油孔的对中。
[0040] 步骤S2中，所述第一孔10和所述第二孔20初步对中的图像可以通过利用显微摄 像装置、高速摄像机等方法获得。所述第一圆100与所述第二圆200构成嵌套圆。所述第 一圆100的圆心为h，所述第二圆200的圆心为02。本实施例中，所述第一孔10和所述第 二孔20初步对中的图像通过显微摄像装置获得。所述二值化图像进行边缘提取的方法，通 过以下方式实现：利用Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子、Canny算子等。本实施例 中，所述边缘提取的方法通过利用Canny算子得到的。
[0041] 步骤S3中，由于所述第一图像300存在噪声，这些噪声会对圆拟合结果产生直 接影响，所以需要去除噪声。对所述第一图像300的去噪处理通过下面的方法实现：利