基于图像域的发动机曲轴轴颈形状误差自动检测研究

摘要

曲轴作为发动机的核心零件，其质量和性能在很大程度上决定和制约着整机各个方面的性能指标。在曲轴的结构中，主轴颈以及连杆轴颈的形状误差直接影响往复式发动机的运转平稳性，因而对曲轴轴颈形状误差的检测显得尤为重要。针对目前国内曲轴轴颈检测普遍存在的效率低、精度低等问题，本文采用理论研究结合实验验证的方法，对基于图像域的发动机曲轴轴颈形状误差自动检测技术展开了深入研究，主要研究内容及成果如下:
　　基于误差转换原理，建立了适用于图像域采样数据的圆度误差以及圆柱度误差评定规划模型，并解决了理想包容要素位姿参数不精确的问题。
　　对提取轴颈特征信息所需的图像预处理、亚像素边缘检测以及模板匹配等核心图像处理技术进行了深入研究，解决了图像处理过程中的平滑去噪、自动阈值分割等问题。
　　设计了轴颈形状误差自动检测方案，并根据检测方案的需求选择了合适的光学元件及相机运动控制装置，构建了轴颈误差检测系统实验设备，开发了人机交互界面。
　　分析了自动检测系统产生误差的原因，并解决了实验过程中涉及的相机标定、曲轴复位和轴颈直径测量等问题。
　　根据上述研究成果，对锡柴4102发动机曲轴进行了大量误差检测实验，并与三坐标测量机测得的结果进行对比。数据表明本文提出的曲轴轴颈形状误差检测方法的精度为1μm，且重复检测误差在0.1μm以内，说明该方法具有理论上的正确性以及实际上的可行性。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 曲轴检测技术国内外现状

1．2．2 图像检测技术国内外现状

1．2．3 圆度和圆柱度误差检测算法及研究现状

1．3 本文研究的主要内容及技术路线

1．4 本章小结

2 曲轴轴颈形状误差评定规划模型研究

2．1 基于误差转换原理误差数学模型的建立

2．1．1 建立误差数学模型所需的基础公式

2．1．2 基于误差转换原理的误差数学模型

2．2 线性规划原理及误差评定规划模型的建立

2．2．1 线性规划的原理

2．2．2 基于包容评定法的形状误差评定规划模型

2．3 圆度误差的评定规划模型

2．4 圆柱度误差的评定规划模型

2．5 本章小结

3 曲轴轴颈形状误差检测方案研究

3．1 检测系统的整体方案

3．2 图像采集系统设计

3．2．1 光源的选型

3．2．2 镜头的选型

3．2．3 相机的选型

3．2．4 标定板的选型

3．3 相机机械运动控制系统设计

3．3．1 轴颈图像采集过程中相机的运动需求

3．3．2 相机机械控制系统的选择

3．4 本章小结

4 曲轴轴颈和法兰端面图像处理技术研究

4．1 基本图像处理技术

4．1．1 图像增强技术

4．1．2 图像分割技术

4．1．3 图像描述技术

4．2 曲轴轴颈图像的处理

4．2．1 轴颈图像的预处理

4．2．2 轴颈图像亚像素边缘提取

4．2．3 几何基元的拟合

4．3 曲轴法兰端面图像的处理

4．3．1 法兰端面图像的预处理

4．3．2 模板匹配

4．4 本章小结

5 实验及分析

5．1 三坐标测量机对轴颈形状误差的测量

5．1．1 三坐标测量机测量轴颈圆度误差

5．1．2 三坐标测量机测量轴颈圆柱度误差

5．2 基于图像域的曲轴轴颈形状误差检测

5．2．1 检测系统实验设备的硬件部分和软件部分

5．2．2 相机的标定

5．2．3 曲轴复位技术

5．2．4 轴颈直径的测量

5．2．5 数据预处理及误差评定结果

5．3 误差分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 对后续研究工作的展望

参考文献

附录：锡柴4102发动机曲轴工程图

攻读学位期间的学术成果