基于图像处理的激光扫描三维尺寸测量技术的研究

　　1 引言

　　气缸垫作为发动机中的密封件,负责发动机气、油、水的密封。如果气缸垫质量不合格,轻则降低动力、磨损发动机,重则直接造成发动机损坏、引起事故。长期以来,发动机气缸垫的尺寸精度检验和样品的反向工程均依靠人工获取三维尺寸,精度差、效率低。随着生产自动化要求的不断提高,发动机气缸垫和类似板状冲压件产品的三维尺寸测量迫切需要实现自动化。

　　近年来已有不少研究人员将三坐标测量机和CCD摄像测量系统等先进技术用于大尺寸平面板状件的测量。然而,用三坐标测量机测量气缸垫这类大尺寸平面板状件时[1],需要对其上、下两个表面进行接触测量,操作复杂,速度慢,测量成本高;而用普通CCD摄像测量系统[2]只能得到气缸垫的平面二维尺寸,无法得到各点的厚度值,并且在大视场的情况下图像存在畸变,标定复杂。本文介绍一种气缸垫激光扫描三维尺寸测量技术:通过气缸垫检测仪扫描气缸垫表面所采集的三维坐标信息生成气缸垫的灰度位图,利用数字图像处理技术处理位图,采用人机交互完成三维尺寸测量。

　　2 测量原理

　　发动机气缸垫的厚度一般在4mm之内,而平面尺寸可达700mmx500mm,三维尺寸测量精度要求达到0107mm。气缸垫检测仪采用直角坐标结构形式,适于对大平面尺寸的气缸垫或类似平面板状零件进行测量。图1为其机械本体结构图。

　　图1中,X轴导轨和Y轴导轨采用高精度直线运动单元,由步进电机驱动。相对安装在X轴导轨上的一对激光测距仪在X、Y轴运动过程中扫描气缸垫上、下表面,码盘获得激光测距仪当前的位置。这样系统就得到气缸垫表面各点三维坐标信息,即X、Y轴码盘值和与其对应的激光测距仪读数,并将这组三维坐标信息存入数据库。操作员通过和图像处理软件交互,对由数据库中数据生成的图像进行处理,得到测量结果。测量数据的获取和处理过程如图2所示。激光测距仪工作原理如图3所示。

　　由图3可得被测点厚度:

　　式中

　　t—被测点厚度值

　　d1—激光测距仪1的读数

　　d2—激光测距仪2的读数

　　D—两激光器间距离的标定值

　　由式(1)可见,激光测距仪的选择直接影响测量的精度。因此本系统采用量程为8mm、分辨率为0.01mm的高精度激光测距仪,其工作状态下光点直径不超过0.05mm,满足测量的精度要求。

　　3 图像信息处理

　　将气缸垫上每组测量点的激光测距仪读数及其对应的X、Y轴码盘读数作为一条记录,存放在数据库中。使用Visual C++开发的应用程序查询数据库[3],生成256级灰度位图,操作人员通过鼠标和键盘在位图图像上进行交互式测量。