一种圆柱形零件斜面角度测量方法及其角度测量装置与流程

本发明涉及检测算法领域，尤其涉及的是一种圆柱形零件斜面角度测量方法及其角度测量装置。

背景技术：

如图6所示，水平出射的激光光束照射在水平放置的含一定抛光楔角的产品上，反射光束将与水平轴线成两倍楔角的角度，按照平面三角几何的关系，将固定距离的反射光束的线偏离量转换成角度，其计算公式为l＝d·tan(2α)，再把角度值标示成一组的同心圆在接收屏上，这样就能够得到直观的测量结果。

检测过程：

1.校准光路：先用标准的90度角度块代替产品，将其放在载物平台的v型槽中，调整五维调整架上的旋钮使反射光斑水平移动和竖直移动，最终使反射光斑水平移动、竖直移动的轨迹与接收屏上的对应水平、竖直线重合，光束原路返回；

2.将元件放在v型槽中，光束应在被测面的中心或完全覆盖被测面；

3.用镊子轻轻拨动被测元件的外圆柱面，使反射光斑位于接收屏的中间位置时读数，得到检测结果。

该技术存在问题：

1、需要调整光束水平出射；

2、被测元件轴线须与光源轴线同轴，实现起来比较困难；

3、装夹需要专用夹具，放置过程繁琐；

4、检测须一个一个夹取检测完成后又要一个一个放置回去；检测效率低；

5、传统检测方式，实现自动化水平困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种圆柱形零件斜面角度测量方法及其角度测量装置。

根据本发明，提供了一种圆柱形零件斜面角度测量方法，该检测方法包括：

轮廓图采集步骤:对圆柱型元件斜截面投影轮廓图进行采集；

参数标记步骤:对绘制好的投影轮廓图进行参数标记；

角度计算步骤：通过公式:计算圆柱形零件斜面角度；

其中a'为垂直圆柱形元件轴线方向放置采集楔角椭圆轮廓时；楔角轮廓投影图的短轴在投影面上的投影长度；

其中b’为垂直圆柱形元件轴线方向放置采集楔角椭圆轮廓时；楔角轮廓投影图的长轴在投影面上的投影长度；

其中φ为圆柱垂轴截面圆直径。

优选的，所述轮廓图采集步骤中的采集装置为ccd相机。

优选的，所述ccd相机垂直圆柱形元件轴线方向放置采集椭圆轮廓投影图。

优选的，所述参数标记步骤包括：

a,将椭圆轮廓短轴标记为a；

b,将椭圆轮廓长轴标记为b；

c,将圆柱垂轴截面圆直径标记为φ。

一种用于上述一种圆柱形零件斜面角度测量方法的角度测量装置，所述角度测量装置包括：

轮廓图采集模块：对圆柱型元件斜截面投影轮廓图进行采集；

参数标记模块：对绘制好的投影轮廓图进行参数标记；

角度计算模块：对圆柱形零件斜面角度进行计算；

所述参数标记与角度计算模块连接。

优选的，所述轮廓图采集模块包括：

投影模块：对圆柱型元件斜截面进行投影；

接收模块：将圆柱型元件斜截面投影轮廓图接收并显示。

优选的，所述参数标记模块包括：

短轴标记模块：对椭圆轮廓短轴进行标记；

长轴标记模块：对椭圆轮廓长轴进行标记；

所述短轴标记模块与长轴标记模块连接。

优选的，所述角度计算模块包括：

数据收集模块：对角度计算所需数据进行收集；

计算处理模块：将收集的数据代入角度计算公式进行计算；

所述数据收集模块与计算处理模块连接。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：1、通过此圆柱型元件斜面角度的算法，当圆柱型元件沿轴线水平放置时，可实现轴向360°旋转和周向360°旋转情况下的全姿态在线楔角计算。

2、基于该算法的检测系统的设计和应用可快速、同时检测多个元件,简化检测步骤，实现检测自动化，提高了检测效率；

3、该测量装置的应用不需要专用夹具安放元件进行检测，减少了元件装夹不同心，光源与元件不同轴等产生的误差；

4、该发明给出了一种检测圆柱型元件斜面角度的算法，同时给出了基于此算法的检测系统的设计。

附图说明

图1为本发明角度测量方法的流程示意图；

图2为本发明对比例1中的c-lens轴向示意图；

图3为本发明对比例1中的c-lens楔角投影示意图；

图4为本发明实施例1中楔角示意图；

图5为本发明实施例1中楔角函数推导示意图；

图6为本发明现有技术c-lens角度测量装置示意图；

图7为本发明角度测量装置的结构示意图；

图8为本发明实施例1圆柱型元件斜截面投影结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。

对比例1

本设计采用了高清ccd相机测量元件几何尺寸，根据本发明推导的算法直接计算出被测元件斜面角度的大小，并且可以通过数字图像处理技术，将多个元件在线同时检测，提高了生产效率；本设计方案大大提高了楔角测量的效率和测量精度。并且可以用图像处理技术算法在显示屏显示被测元件的斜面角度参数；通过预设误差大小直观判读被测元件是否合格；该系统设计方案具体如下：

1、获取圆柱型元件斜截面投影轮廓图参数a'、φ(投影或为椭圆或为直线)

本算法需配合ccd采集系统使用，首先将被测圆柱轴线水平放置，运用ccd相机提取圆柱斜截面水平投影图轮廓图，运用软件分析投影图轮廓图，获得轮廓图参数a'、φ：

2、运用空间几何及数学建模的方法构建楔角检测的数学模型；

圆柱型元件斜截面角度α的计算，如图2所示可知通过测量a和φ，就可以求得α的确定值。但要直接检测a的数值，则需要圆柱的截平面与ccd相机成像平面完全平行，这是很难做到的。此时，假如让圆柱型元件沿轴线水平放置，长端位于底部(受重力作用，大部分元件会呈现这一姿态)加入的ccd相机成像光轴与被测元件光轴垂直，则截平面轮廓成像为变形的椭圆，如图3所示。楔角：a'＝c；这时容易测得a'、φ。带入可直接求得圆柱型元件斜截面角度α。

但这圆柱型元件放置姿态得一种特殊情况下的楔角α计算公式。圆柱型元件沿轴向或周向都有360°的旋转可能。

实施例1

如图1所示，可以通过对投影椭圆的基本参数a'、φ的测量，利用数学函数将真实椭圆长轴a表示出来；如图8所示，通过投影模块(ccd相机)对圆柱型元件斜截面进行投影；并通过接收模块将圆柱型元件斜截面投影轮廓图接收并显示。如图4所示，楔角平面程椭圆形状，再通过短轴标记模块和长轴标记模块将椭圆的短轴为标记为a长轴标记为b。将被测元件沿轴线水平放置，投影模块(ccd相机)垂直椭圆轴线方向放置采集椭圆轮廓投影图。如图5所示。我们观察椭圆的短轴为a，长轴b在圆柱中截面面(投影面)上的投影分别为a'，b'投影如图4所示。当椭圆的长轴b沿中心轴线旋转时，所扫过的曲面是以圆柱直径φ为底面圆直径。

两个对顶的圆锥面，而短轴a则形成一个以圆锥顶点为圆心以圆柱直径φ为直径的圆。

我们设被测圆柱零件轴线水平放置，并且该零件长端处于最低时为标准位置，这时短轴a与水平面平行。当被测零件以轴线为中心转动角度β时，椭圆短轴、长轴也相对原中截面(投影面)分别转动角度β时，此时，长轴和短轴的投影长度分别为：

b'＝φcosβ，(a')²＝(acosα)²+(asinα·sinβ)²；

(a')²＝(acosα)²+(asinα·sinβ)²

(a')²＝a²(sin²αsin²β+cos²α)

根据

得：

由：得：

又因为：所以：如图7所示，最后通过数据收集模块将参数数据值收集至计算处理模块，计算处理模块将其代入上述公式中，计算得出圆柱形零件斜面角度。

现有的c-lens楔角的检测过程需要人工完成。c-lens清洗完，朝向摆放需夹取摆放1次。光学检测，需夹取摆放1次，检测完成，需夹取摆放回去又1次。通过新的检测方式，可实现清洗完直接检测，不用多次夹取和摆放，就能完成检测楔角的过程，且单次可实现至少20个c-lens同时检测。检测1个c-lens减少2次夹取摆放工作。单个c-lens所需的夹取摆放时间按1秒计算(检测环节的摆放只少要3秒完成)，每个c-lens楔角检测时间将缩短2秒，如果同时检测20c-lens，原检测方式需要60秒，用新的楔角算法设，假设同时取20个元件并检测完成估计需要大约5秒(可设计专用载物台快速放置c-lens，计算机检测速度高)。按月生产100万片，年生产1000万片的中型厂计算，传统检测方式需要3×1000万/3600＝8333小时，按每天工作8小时计算，需要1042个工作日。一年按251个工作日计算需要4.2名员工专职做检测1年。用新检测方法：企业需要，1000万/(20×3600)＝139小时，将为企业缩减8194小时，按每天工作8小时计算，只需要17个工作日就可检测完成。按每个检测员工20元/小时计算为企业节省8194×20＝16.38万元。省内c-lens加工企业众多，大型c-lens加工企业的成本节省情况可以此类推。带来的经济效益可观。年总产量按10亿片计算，将为国内c-lens企业节省约1638万元/年。并且为企业提升生产规模提供有效保障。如果后续再加上c-lens的其他参数检测，有继续翻倍提高生产效率的可能，可为企业节省更多成本。

综上，通过此圆柱型元件斜面角度的算法和测量装置，当圆柱型元件沿轴线水平放置时，可实现轴向360°旋转和周向360°旋转情况下的全姿态在线楔角计算；基于该算法的检测系统的设计和应用可快速、同时检测多个元件,简化检测步骤，实现检测自动化，提高了检测效率；该测量装置的应用不需要专用夹具安放元件进行检测，减少了元件装夹不同心，光源与元件不同轴等产生的误差；该发明给出了检测圆柱型元件斜面角度的算法，同时给出了基于此算法的检测系统的设计。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例而已，不能限定本发明的范围，凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。