汽车曲轴光学自动检测软件开发与应用

摘要

汽车发动机曲轴服役于高温、高压、强载荷工况下，为满足性能要求，通常采用高温锻造的制造工艺。汽车发动机曲轴曲面较多，结构复杂，锻造过程中由于余量分布不均和模具磨损会导致曲轴形状可能偏离设计要求公差带。现有的曲轴检测方法主要采用人工划线的方式，检测精度低、效率低、无法实现自动化全检。为此本文设计开发了一套专用检测软件，应用于工业现场曲轴自动光学检测，主要包括：
　　（1）搭建了曲轴检测专用的点云处理与轮廓参数计算功能模块。根据现场工件检测要求确定曲轴检测的技术参数，并设计其提取与计算流程；将人工划线检测方式，转化为软件提取方法，并搭建曲轴测点检测软件平台。软件模块主要有用户交互模块、预处理模块、匹配模块、2D尺寸模块、3D比较模块和生成报表模块。
　　（2）提出一种邻域模型迭代的孤立点删除算法。建立曲轴测点邻域模型，利用设计模型配准，计算测点误差函数值，设置迭代终止条件并识别删除孤立点云；通过对多种曲轴测点的实验，得到曲轴测点中孤立点的比例范围是0.2％-1.5%，距离误差阈值设定为3.8mm；根据设定比例和距离阈值，迭代删除曲轴孤立点云，测试表明该算法对曲轴中的孤立点云识别精确，处理速度较快。
　　（3）提出一种大规模曲轴测点高效精简算法。基于OCTree分割曲轴测点，设置单元最小阈值，然后利用BSP树对点云进行再次分割，选取划分单元格最小阈值和单元格曲面变化量作为判断条件，保留了曲轴截面中曲率较大的特征，测点整体精简率约为30%，精简耗时少。与随机精简、均匀网格精简等方法进行了对比，几种精简方法耗时差别不大，基于OCTree的精简方法可以较好的保持边缘高曲率特征。
　　（4）完成汽车曲轴自动光学检测工程应用。设计曲轴测点软件检测的主要流程，主要包括预处理、点云匹配、3D比较、截面2D尺寸计算、检测报表生成和批处理等。人工划线检测耗时30min-90min，软件自动检测耗时10min-20min，如后续工件采用批处理操作指令，单件自动化检测耗时仅2min，大大提高了曲轴检测效率。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要内容和组织结构

2 软件平台与功能模块设计

2.1 软件平台搭建

2.2 功能模块设计

2.3 文件数据格式与存储

3 曲轴测点孤立点删除算法

3.1 引言

3.2点云空间邻域建立方法

3.3 基于模型迭代的孤立点删除算法

3.4 实际点云测试效果

3.5 小结

4 大规模曲轴测点精简算法

4.1 引言

4.2 基于OCTree层次聚类精简算法

4.3 实际点云测试效果

4.4 小结

5 汽车曲轴检测应用实例

5.1 三维交互及预处理

5.2 点云匹配

5.3 三维比较与注释视图

5.4 贯穿截面与2D尺寸

5.5 生成检测报表

5.6 保存处理信息及批处理

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献