基于机器视觉的发动机凸轮轴三维测量方法研究

摘要

发动机凸轮轴是汽车的重要部件，属于典型的细长轴类零件。它的功能是驱动发动机整个配气系统及其附件，使其快速、准确地吞吐大量燃气，保证正确的配气相位和按一定运动规律控制气门组定时开、闭。其中凸轮轴上各凸轮的廓线形状和尺寸是影响气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素，直接关系到整个发动机的充气系数、功率输出、动力性能以及废气排放。另外凸轮廓线下降段的轮廓误差也是产生噪声的原因之一。发动机凸轮轴制造质量与汽车运行的动力性、舒适性息息相关。 产品质量的保证主要依靠先进的生产工艺以及加工质量的检测监督。随着汽车工业的快速发展，传统的接触式测量和二维测量方法已不适应现代生产的需要。本文把基于机器视觉的非接触式三维测量方法引入汽车凸轮轴的测量，并深入研究了凸轮轴三维检测涉及的若干关键技术问题。 鉴于现有技术条件下的CCD三维测量尚不能满足汽车凸轮轴的测量精度要求，本文从测量方法入手，提出了两种提高测量精度的方法： 一是以角点提取及角点匹配算法理论为基础，提出了基于多边不规则模型的特征匹配方法，以解决凸轮轴检测过程中使用编码标记点与自身特征产生的匹配困难以及造成精度不高的问题； 二是提出基于钢珠定心的薄壁件匹配方法，解决了在凸轮轴实际测量当中遇到的端面薄壁件无法匹配的问题。 对凸轮轴的三维测量实验验证，拍摄拼接中，基于多边不规则模型的特征匹配方法使法向平均测量精度提高到小于0.04mm的水平；基于钢珠定心的薄壁件匹配方法则可以保证凸轮轴薄壁部件点云的完全拼接。利用所提出的测量方法能够有效提高双目CCD三维测量精度。 本文对凸轮轴的精密三维测量方法的研究，直接关系到其自身以及发动机的性能提高。以具有多相位复杂曲面凸轮轴为测量对象，解决实际测量中的若干技术难点，也起到完善三维非接触测量理论、提升现代测量方法的作用。研究成果可以推广到其他具有复杂廓面的精密零部件检测。 文章最后指出，仅从测量方法上还不能完全解决提高三维测量精度的问题，还有很多研究工作需要开展：如在硬件方面，机器的测量精度需要提高；在软件方面，拍摄和匹配的算法还需要改进。