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专利号: 2016106323424
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,包括防震平台,所述防震平台上设置有X轴滚珠丝杆模组、至少一条滑轨和用于带动曲面零件旋转的旋转装置;所述导轨上活动安装有通过X轴滚珠丝杆模组带动其沿导轨滑动的Z轴立柱装置,所述Z轴立柱装置上固定安装有Z轴滚珠丝杆模组;所述Z轴滚珠丝杆模组上安装有通过Z轴滚珠丝杆模组带动其沿Z轴方向移动的Y轴滚珠丝杆模组;

所述X轴滚珠丝杆模组、Y轴滚珠丝杆模组和Z轴滚珠丝杆模组上均设置有与其上具有的磁栅尺读数头配对使用的磁栅尺;所述Y轴滚珠丝杆模组上安装有沿Y轴滚珠丝杆模组滑动、用于对曲面零件的图像进行采集的CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪;所述CCD图像传感器、激光2D轮廓采集仪和磁栅尺读数头均与检测模块连接,X轴滚珠丝杆模组、Z轴滚珠丝杆模组、Y轴滚珠丝杆模组和旋转装置均与控制模块连接;

所述旋转装置包括第二伺服电机和至少一个用于放置曲面零件的旋转部件;所述旋转部件包括机架、安装在机架上的主动轮和两个与主动轮配合的从动轮,至少一个主动轮与第二伺服电机连接;旋转装置中的主动轮和从动轮均采用摩擦橡胶轮;

检测模块对CCD图像传感器采集的图像进行数值化处理、滤波降噪、信号增强后再进行图像二值化处理,并用阈值分割法计算曲面零件表面轮廓的磨痕面积比;

检测模块对激光2D轮廓采集仪采集的2D轮廓信号进行滤波和信号增强处理,并通过轮廓复原算法对曲面数据进行修正,复原曲面零件的3D轮廓,计算曲面零件表面轮廓的划痕深度。

2.根据权利要求1所述的曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,所述X轴滚珠丝杆模组、Z轴滚珠丝杆模组和Y轴滚珠丝杆模组均包括滚珠丝杆、安装于滚珠丝杆上的丝杆滑块和用于给所述滚珠丝杆提供动力的第一伺服电机。

3.根据权利要求2所述的曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,所述CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪及Y轴滚珠丝杆模组均通过丝杆滑块安装在与其配对的滚珠丝杆上。

4.根据权利要求3所述的曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,所述CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪均设置于一安装盒内,所述安装盒通过丝杆滑块安装于Z轴滚珠丝杆模组的滚珠丝杆上。

5.根据权利要求2所述的曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,所述Z轴立柱装置包括通过导轨滑块安装在所述导轨上的支撑板,所述支撑板上固定安装有用于安装所述Z轴滚珠丝杆模组的Z轴立柱;所述支撑板与固定安装在X轴滚珠丝杆模组的丝杆滑块上的导轨连接板连接。

6.根据权利要求2-5任一所述的曲面零件表面轮廓损伤分析装置,其特征在于,所述X轴滚珠丝杆模组、Z轴滚珠丝杆模组和Y轴滚珠丝杆模组的滚珠丝杆上设置有沿其滑动的部件运动至初始位置的限位开关,所述限位开关与控制模块连接。

7.一种基于权利要求1-6任一所述的装置的曲面零件表面轮廓损伤分析方法,其特征在于,包括以下步骤:a.将曲面零件放置于旋转装置上,控制模块控制X轴滚珠丝杆模组、Y轴滚珠丝杆模组和Z轴滚珠丝杆模组带动CCD图像传感器、激光2D轮廓采集仪移动至曲面零件的中线处、并实现自动对焦;

b.初始化CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪,X轴滚珠丝杆模组带动Z轴立柱装置沿导轨移动设定距离,采用CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪分别获取曲面零件的表面轮廓图像和2D轮廓,并采用磁栅尺读数头记录采集2D轮廓时的位置信息;

c.通过旋转装置旋转曲面零件及移动CCD图像传感器和激光2D轮廓采集仪在X轴方向的位置,直至完成曲面零件所有表面轮廓图像和2D轮廓的采集;

d.检测模块对CCD图像传感器采集的图像进行数值化处理、滤波降噪、信号增强后再进行图像二值化处理,并用阈值分割法计算曲面零件表面轮廓的磨痕面积比;

e.检测模块对激光2D轮廓采集仪采集的2D轮廓信号进行滤波和信号增强处理,并通过轮廓复原算法对曲面数据进行修正,复原曲面零件的3D轮廓,计算曲面零件表面轮廓的划痕深度。

8.根据权利要求7所述的曲面零件表面轮廓损伤分析方法,其特征在于,所述步骤d进一步包括:检测模块通过量化和编码将CCD图像传感器获取的模拟图像信号转换为数字图像信号;

对数字图像信号进行滤波降噪及信号增强,并将彩色图像转换为灰度图像,之后,采用基于阈值的分割算法将灰度图像按明暗区域进行分割;

对分割后的明暗区域图像面积进行计算,得出曲面零件表面轮廓的磨痕面积比。

9.根据权利要求7或8所述的曲面零件轮廓表面损伤分析方法,其特征在于,所述步骤e进一步包括:检测模块根据磁栅尺读数头记录的位置信息,将激光2D轮廓采集仪采集的所有单个2D轮廓合成为3D曲面轮廓;

采用AD转换器将3D曲面轮廓的模拟信号转换为数字信号,并进行滤波、信号增强处理;

基于Matlab软件采用曲面轮廓数据修正算法对数字信号进行修正处理,并通过建立SQL Server数据库计算曲面零件各位置点处的磨痕深度。