本发明涉及一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法，该测量装置包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机；测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，后续通过测量装置获取油封唇口曲面形状与标准唇口曲面在同一坐标系下进行曲面形状误差评定。本测量装置采用非接触式测量，相较于传统的探针测量头等接触式测量方法，不会对软质材料的油封施加外力而造成其变形，有效保证了测量精度。本发明测量装置及测量方法，解决了现有测量装置难以精确测量波形唇油封唇口曲面形状误差的难题，可有效检测波形唇油封的制造精度，保证油封的工作性能。
1.一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，所述测量装置包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机：定位与测量调节装置包括工作平台，工作平台上设置有角度分度盘支撑台和角度分度指示器，在角度分度盘支撑台上同心安装有角度分度盘和工作圆台；
摄像头调节装置包括螺纹立柱、升降支架和伸缩横架，螺纹立柱设置在工作平台侧边中点处，螺纹立柱的两侧对称设置有导柱，升降支架与螺纹立柱螺纹连接，升降支架的两侧设置有导套且导套安装在导柱上，伸缩横架的末端连接在升降支架的顶端；
测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，横向激光测距仪和纵向激光测距仪安装在升降支架上并分别位于伸缩横架的上下两侧，标靶安装在伸缩横架的前端，测量杆的顶端与伸缩横架连接且测量杆位于标靶的正下方，测量杆的底端连接所述的测量头，上微距摄像头、点激光源、下微距摄像头三者纵向竖直排列且由上而下依次安装在测量头上；
其中，角度分度指示器、纵向激光测距仪、横向激光测距仪、上微距摄像头、下微距摄像头分别与计算机连接；
(1)首先设定固定坐标系，将固定坐标系原点O设置在工作圆台的圆心处，X轴平行于长方形工作平台的宽边，Y轴平行于长方形工作平台的长边，Z轴按照右手准则确定；
然后将油封放置在工作圆台上，并借助直角定位块使油封中心与工作圆台圆心重合；
(2)以下微距摄像头位置为基准，通过观察上微距摄像头和下微距摄像头拍摄的放大图像来调整升降支架，最终使点激光照射在油封第一条主唇口曲线LP上形成测量点P；然后调整伸缩横架的长度来控制上微距摄像头和下微距摄像头与油封内圈表面的距离，使得计算机上形成的图像最为清晰；调整完成后记录此时横向激光测距仪的示数L1P和纵向激光测距仪的示数L2P，下微距摄像头拍下照片AP，上微距摄像头拍下照片BP，此时下微距摄像头中心在固定坐标系中的位置坐标为(XsP，YsP，ZsP)；
然后通过调整升降支架使点激光分别照射在第二条唇口曲线LM和第三条唇口曲线LN上，分别形成测量点M和N，则两个测量点M和N位置处，横向激光测距仪的示数分别为L1M和L1N，纵向激光测距仪的示数分别为L2M和L2N，下微距摄像头分别拍下照片AM和AN，上微距摄像头分别拍下照片BM和BN，下微距摄像头对应的位置坐标分别为(XsM，YsM，ZsM)和(XsN，YsN，ZsN)；
利用此法，对于不同的测量点位置下微距摄像头对应的位置坐标数值由下式确定：
式中：i分别取P，M或N时代表不同的测量点；C1为螺纹立柱中心线到横向激光测距仪中心的距离；C2为螺纹立柱中心线到固定坐标系原点O的距离；C3为固定坐标系原点O到工作平台平面的距离；C4为下微距摄像头中心到纵向激光测距仪中心的距离；
上微距摄像头与下微距摄像头在Z轴方向的距离为T，则在下微距摄像头位置坐标确定的前提下，上微距摄像头的位置坐标即为(Xsi,Ysi,Zsi+T)；
(3)单一测量位置照片数据处理，以下微距摄像头拍摄的照片Ai进行阐述，上微距摄像头拍摄的照片Bi按相同方法处理，i分别取P，M或N时表示不同的测量点；由于照片中的像点以像素为单位，需建立像素图像坐标系{o，u，v}和毫米为单位的物理图像坐标系{o1，x，z}之间的转换关系；其中以像素为单位的图像坐标系原点o位于照片的左下角，u轴水平向右，v轴垂直向上，其中物理图像坐标系原点o1位于像素坐标为(u0，v0)的像素点上，x轴水平向右，z轴垂直向上，两种图像坐标之间的转换关系如下式所示：式中：k×l为像素点的大小，k和l单位为毫米，属于微距摄像头的内参数；
已知照片AP中测量点P的像素坐标为(up，vp)，由式(Ⅱ)转换到物理图像坐标系{o1，x，z}下的坐标值为(xp，zp)，其他照片中的相应测量点在物理图像坐标系中的坐标由式(Ⅱ)亦可获得；
为将测量点的坐标进一步转换到摄像坐标系中，建立下摄像坐标系{Ox1,Xx1,Yx1,Zx1}：原点Ox1位于下微距摄像头的中心，Xx1轴和Zx1轴分别与x轴和z轴平行，Yx1轴与图像平面垂直相交，交点即为所述物理图像坐标系原点；同时建立上摄像坐标系{Ox2,Xx2,Yx2,Zx2}：原点Ox2位于上微距摄像头的中心，Xx2轴和Zx2轴分别与x轴和z轴平行，Yx2轴与图像平面垂直相交，交点即为照片Bi的物理图像坐标系原点；
测量点在下摄像坐标系中的坐标Yx1i根据双目视觉测距原理由下式获得：
式中：f为微距摄像头的焦距，属于摄像头的内参数；|zAi|和|zBi|分别为测量点在照片Ai和照片Bi物理图像坐标系中z坐标的绝对值，i分别取P，M或N时表示不同的测量点；
单个分度位置时，下摄像坐标系中任意测量点的坐标值Xx1i和Zx1i值可由下式反算得到：式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点；
计算完成后，任意测量点在下摄像坐标系中的坐标可表示为(Xx1i,Yx1i,Zx1i)；
(4)上述操作完成后，将油封内圈表面沿圆周方向进行分度测量并计算所有测量点的坐标，分度角度为 取值范围为5°～10°，则相应的有 个分度位置，即得到n个测量位置，默认初始测量位置为第0分度位置；依靠工作圆台带动油封旋转实现每个分度位置的拍照测量，全部测量完成后，特定测量点P，M，N扩展到整个圆周面上可表示为Pj，Mj，Nj，j表示分度位置的序号j＝0,1,2,3···n-1；则每个特定测量点在固定坐标系下的坐标(Xij，Yij，Zij)可根据下摄像坐标系和固定坐标系之间的关系由下式反算得到：式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点；j表示分度位置的序号j＝0,
(5)曲面形状误差评定，依照步骤(4)测量完成后可以得到一个3×n型值数据点阵U，具体如下所示：U＝[Pj,Mj,Nj]T (Ⅵ)
由点阵U利用B样条曲面插值方法可以构造唇口曲面，B样条曲面方程如下所示：
式中：0≤u≤1,0≤v≤1，Bi,1(u)和Bj,3(v)为基函数，ri,j为所述型值数据点阵U；
求解曲面方程(Ⅶ)后可得到固定坐标系中油封主唇口上两张闭合唇口曲面S1，S2；
在固定坐标系下创建标准唇口曲面S01，S02；由于唇口曲面为正弦波形，通过坐标变换旋转唇口曲面S1，S2的波形峰值点与标准唇口曲面S01，S02模型峰值基准重合，旋转后的唇口曲面记为S11，S21；
为评定唇口曲面S11，S21的曲面形状误差，取唇口曲面S11为例，在唇口曲面S11的u，v两个方向测量得到的每两个型值点之间插入两个参数点，这样就得到了唇口曲面上一个7×3n的点阵；分别计算每个点到标准唇口曲面的距离Ds1i为唇口曲面S11的曲面偏差，i＝1,2,3…
7×3n，利用每个点的偏差值可以绘制曲面偏差云图，直观展现曲面的形状误差，在具体的数值评定中，取曲面偏差中的最大值Ds1max和平均值Ds1e两个指标来评定唇口曲面的形状误差。
2.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，其特征在于，所述工作圆台半径方向上安装有运动滑轨，运动滑轨上设置有直角定位块，直角定位块由直线电机驱动沿运动滑轨平移，直线电机还与计算机连接。
3.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，其特征在于，所述螺纹立柱的底端设置有立柱旋钮，导套上设置有定位螺母。
4.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，其特征在于，所述伸缩横架的末端设置有伸缩横架旋钮。
5.如权利要求1所述的波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，其特征在于，所述工作平台的外形为长方形，所述角度分度盘支撑台、角度分度盘、工作圆台的外形均为圆形；所述工作圆台、角度分度盘、角度分度盘支撑台和工作平台四者的中心在同一垂线上。
一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置及测量方法，属于波形唇油封技术领域。
背景技术
[0002] 密封技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一。虽然密封件往往是设备中的小部件，其成本相对于整机而言微不足道，但故障率却非常高，对设备的安全性起着至关重要的作用。国内外许多重大安全事故如1986年美国“挑战者”号航天飞机失事、2005年中石油吉林石化分公司双苯厂爆炸都是由于密封件失效造成的。
[0003] 油封是旋转密封件中结构最复杂、应用最广泛的橡胶元件，是最常用的密封件之一。目前应用最为普遍的油封是具有“泵吸效应”的流体动力油封，包括回流纹油封和波形唇油封两种。与回流纹油封相比，波形唇油封唇口与旋转轴呈波浪形接触，具有良好的泵油性能，因此密封性能更好，寿命更长，适用于双向旋转。
[0004] 波形唇油封的唇口曲面结构是影响其密封性能的关键指标。为了保证油封的工作性能，在油封的生产过程中，需要对其制造精度，尤其是唇口曲面的形状误差进行检测。
[0005] 由于波形唇油封的主唇口结构复杂，由波形复杂曲面组成，不仅制造困难，更是难以对其制造精度进行检测。目前还缺乏用于波形唇油封唇口曲面形状误差检测的专用仪器设备和行之有效的方法。现有的测量零件曲面形状误差或者轮廓度的仪器，大都是针对圆柱形零件的外表面或者筒形零件的内表面的接触式测量。测量对象的选取上较为固定，必须为较为平整的圆柱面；对于本发明中提及的波形唇油封的唇口曲面，上述测量仪器的测头受限于尺寸难以有效进行测量。另外这种测量方法中的测头或者探针，在测量过程中难免会划伤被测件表面或者造成被测件的变形而影响测量精度。波形唇油封的材料多为橡胶，接触更容易产生变形，会导致较大的测量误差。
[0006] 另外现有的文献中，虽有利用非接触式激光或者摄影测量曲面轮廓或者误差的仪器，但是大多结构较为复杂，需要较多的前期准备工作，测量较为繁琐费时。且这些仪器尺寸较大，多用于大型曲面的测量，且测量精度有限，对于波形唇油封这种直径较小、且测量精度要求较高的零件，难以进行有效的测量。
发明内容
[0007] 针对现有技术的不足，本发明提供一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置。
[0008] 本发明还提供利用上述一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机：
[0011] 定位与测量调节装置包括工作平台，工作平台上设置有角度分度盘支撑台和角度分度指示器，在角度分度盘支撑台上同心安装有角度分度盘和工作圆台；
[0012] 摄像头调节装置包括螺纹立柱、升降支架和伸缩横架，螺纹立柱设置在工作平台侧边中点处，螺纹立柱的两侧对称设置有导柱，升降支架与螺纹立柱螺纹连接，升降支架的两侧设置有导套且导套安装在导柱上，伸缩横架的末端连接在升降支架的顶端；
[0013] 测量装置包括纵向激光测距仪、横向激光测距仪、标靶、测量杆、测量头、上微距摄像头、点激光源和下微距摄像头，横向激光测距仪和纵向激光测距仪安装在升降支架上并分别位于伸缩横架的上下两侧，标靶安装在伸缩横架的前端，测量杆的顶端与伸缩横架连接且测量杆位于标靶的正下方，测量杆的底端连接所述的测量头，上微距摄像头、点激光源、下微距摄像头三者纵向竖直排列且由上而下依次安装在测量头上；
[0014] 其中，角度分度指示器、纵向激光测距仪、横向激光测距仪、上微距摄像头、下微距摄像头分别与计算机连接。
[0015] 优选的，所述工作圆台半径方向上安装有运动滑轨，运动滑轨上设置有直角定位块，直角定位块由直线电机驱动沿运动滑轨平移，直线电机还与计算机连接。此设计的好处在于，利用直角定位块，可以很方便地将油封移位到与工作圆台圆心在同一垂线上，同时还能提高油封中心与工作圆台圆心重合的准确度，保证后续测量的精度。
[0016] 优选的，所述螺纹立柱的底端设置有立柱旋钮，导套上设置有定位螺母。此设计的好处在于，通过调节立柱旋转，可以很方便地使螺纹立柱转动，螺纹立柱在转动的过程中带动升降支架借助导柱实现上下移动，后续通过定位螺母的紧固，可使升降支架牢固固定在某一位置。
[0017] 优选的，所述伸缩横架的末端设置有伸缩横架旋钮。此设计的好处在于，通过拧动末端的伸缩横架旋钮，可以有效调节伸缩横架的长度。
[0018] 优选的，所述工作平台的外形为长方形，所述角度分度盘支撑台、角度分度盘、工作圆台的外形均为圆形；所述工作圆台、角度分度盘、角度分度盘支撑台和工作平台四者的中心在同一垂线上。
[0019] 一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0020] (1)首先设定固定坐标系，将固定坐标系原点O设置在工作圆台的圆心处，X轴平行于长方形工作平台的宽边，Y轴平行于长方形工作平台的长边，Z轴按照右手准则确定；
[0021] 然后将油封放置在工作圆台上，并借助直角定位块使油封中心与工作圆台圆心重合；
[0022] (2)以下微距摄像头位置为基准，通过观察上微距摄像头和下微距摄像头拍摄的放大图像来调整升降支架，最终使点激光照射在油封第一条主唇口曲线LP上形成测量点P；然后调整伸缩横架的长度来控制上微距摄像头和下微距摄像头与油封内圈表面的距离，使得计算机上形成的图像最为清晰；调整完成后记录此时横向激光测距仪的示数L1P和纵向激光测距仪的示数L2P，下微距摄像头拍下照片AP，上微距摄像头拍下照片BP，此时下微距摄像头中心在固定坐标系中的位置坐标为(XsP，YsP，ZsP)；
[0023] 然后通过调整升降支架使点激光分别照射在第二条唇口曲线LM和第三条唇口曲线LN上，分别形成测量点M和N，则两个测量点M和N位置处，横向激光测距仪的示数分别为L1M和L1N，纵向激光测距仪的示数分别为L2M和L2N，下微距摄像头分别拍下照片AM和AN，上微距摄像头分别拍下照片BM和BN，下微距摄像头对应的位置坐标分别为(XsM，YsM，ZsM)和(XsN，YsN，ZsN)；
[0024] 利用此法，对于不同的测量点位置下微距摄像头对应的位置坐标数值由下式确定：
[0025]
[0026] 式中：i分别取P，M或N时代表不同的测量点；C1为螺纹立柱中心线到横向激光测距仪中心的距离；C2为螺纹立柱中心线到固定坐标系原点O的距离；C3为固定坐标系原点O到工作平台平面的距离；C4为下微距摄像头中心到纵向激光测距仪中心的距离；
[0027] 上微距摄像头与下微距摄像头在Z轴方向的距离为T，则在下微距摄像头位置坐标确定的前提下，上微距摄像头的位置坐标即为(Xsi,Ysi,Zsi+T)；
[0028] (3)单一测量位置照片数据处理，以下微距摄像头拍摄的照片Ai(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)进行阐述，上微距摄像头拍摄的照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)按相同方法处理；由于照片中的像点以像素为单位，需建立像素图像坐标系{o，u，v}和毫米为单位的物理图像坐标系{o1，x，z}之间的转换关系；其中以像素为单位的图像坐标系原点o位于照片的左下角，u轴水平向右，v轴垂直向上，其中物理图像坐标系原点o1位于像素坐标为(u0，v0)的像素点上，x轴水平向右，z轴垂直向上，两种图像坐标之间的转换关系如下式所示：
[0029]
[0030] 式中：k×l为像素点的大小，k和l单位为毫米，属于微距摄像头的内参数；
[0031] 已知照片AP中测量点P的像素坐标为(up，vp)，由式(Ⅱ)转换到物理图像坐标系{o1，x，z}下的坐标值为(xp，zp)，其他照片中的相应测量点在物理图像坐标系中的坐标由式(Ⅱ)亦可获得；
[0032] 为将测量点的坐标进一步转换到摄像坐标系中，建立下摄像坐标系{Ox1,Xx1,Yx1,Zx1}：原点Ox1位于下微距摄像头的中心，Xx1轴和Zx1轴分别与x轴和z轴平行，Yx1轴与图像平面垂直相交，交点即为所述物理图像坐标系原点；同时建立上摄像坐标系{Ox2,Xx2,Yx2,Zx2}：原点Ox2位于上微距摄像头的中心，Xx2轴和Zx2轴分别与x轴和z轴平行，Yx2轴与图像平面垂直相交，交点即为照片Bi的物理图像坐标系原点；
[0033] 测量点在下摄像坐标系中的坐标Yx1i根据双目视觉测距原理由下式获得：
[0034]
[0035] 式中：f为微距摄像头的焦距，属于摄像头的内参数；|zAi|和|zBi|分别为测量点在照片Ai和照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)物理图像坐标系中z坐标的绝对值；
[0036] 单个分度位置时，下摄像坐标系中任意测量点的坐标值Xx1i和Zx1i值可由下式反算得到：
[0037]
[0038] 式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点；
[0039] 计算完成后，任意测量点在下摄像坐标系中的坐标可表示为(Xx1i,Yx1i,Zx1i)；
[0040] (4)上述操作完成后，将油封内圈表面沿圆周方向进行分度测量并计算所有测量点的坐标，分度角度为 (取值范围为5°～10°)，则相应的有 个分度位置，即得到n个测量位置，默认初始测量位置为第0分度位置；依靠工作圆台带动油封旋转实现每个分度位置的拍照测量，全部测量完成后，特定测量点P，M，N扩展到整个圆周面上可表示为Pj，Mj，Nj(j表示分度位置的序号j＝0,1,2,3···n-1)；则每个特定测量点在固定坐标系下的坐标(Xij，Yij，Zij)可根据下摄像坐标系和固定坐标系之间的关系由下式反算得到：
[0041]
[0042] 式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点；j表示分度位置的序号j＝0,1,2,3···n-1；
[0043] (5)曲面形状误差评定，依照步骤(4)测量完成后可以得到一个3×n型值数据点阵U，具体如下所示：
[0044] U＝[Pj,Mj,Nj]T (Ⅵ)
[0045] 由点阵U利用B样条曲面插值方法可以构造唇口曲面，B样条曲面方程如下所示：
[0046]
[0047] 式中：0≤u≤1,0≤v≤1，Bi,1(u)和Bj,3(v)为基函数，ri,j为所述型值数据点阵U；
[0048] 求解曲面方程(Ⅶ)后可得到固定坐标系中油封主唇口上两张闭合唇口曲面S1，S2；
[0049] 在固定坐标系下创建标准唇口曲面S01，S02；由于唇口曲面为正弦波形，通过坐标变换旋转唇口曲面S1，S2的波形峰值点与标准唇口曲面S01，S02模型峰值基准重合，旋转后的唇口曲面记为S11，S21；
[0050] 为评定唇口曲面S11，S21的曲面形状误差，取唇口曲面S11为例，在唇口曲面S11的u，v两个方向测量得到的每两个型值点之间插入两个参数点，这样就得到了唇口曲面上一个7×3n的点阵；分别计算每个点到标准唇口曲面的距离Ds1i(i＝1,2,3…7×3n)为唇口曲面S11的曲面偏差，利用每个点的偏差值可以绘制曲面偏差云图，直观展现曲面的形状误差，在具体的数值评定中，取曲面偏差中的最大值Ds1max和平均值Ds1e两个指标来评定唇口曲面的形状误差。
[0051] 本发明的有益效果在于：
[0052] 1.本发明提供的测量装置以及测量方法，有效解决了现有测量装置难以精确测量波形唇油封唇口曲面形状误差的难题，可有效检测波形唇油封的制造精度，保证油封的工作性能。
[0053] 2.本测量装置采用非接触式测量，相较于传统的探针测量头等接触式测量方法，不会对软质材料的油封施加外力而造成其变形，有效地保证了测量精度。
[0054] 3.本测量装置不仅可以测量波形唇油封的唇口曲面形状误差，还可用于测量波形唇油封的唇口波形曲线的曲线误差。此外，该方法可适用于检测复杂柱形曲面物体的形状误差或对复杂柱体零件进行逆向工程数据测量，应用范围广，适用性强。
附图说明
[0055] 图1为本发明测量装置的结构示意图；
[0056] 图2为测量头及油封的局部示意图；
[0057] 图3为伸缩横架纵向剖面图；
[0058] 图4为伸缩横架横向剖面图；
[0059] 图5为伸缩横架B向视图；
[0060] 图6为分度位置标定点测量示意图；
[0061] 图7为单一分度位置测量点坐标计算示意图；
[0062] 图8为唇口曲面对比示意图；
[0063] 其中：1、工作平台；2、角度分度指示器；3、角度分度盘支撑台；4、角度分度盘；5、工作圆台；6、直角定位块；7、立柱旋钮；8、螺纹立柱；9、纵向激光测距仪；10、升降支架；11、导套；12、定位螺母；13、导柱；14、伸缩横架旋钮；15、横向激光测距仪；16、伸缩横架；16-1、伸缩横架伸缩段；16-2、伸缩横架固定段；16-3、伸缩横架螺柱；16-4、下端盖；16-5、上端盖；16-6、紧固螺钉；17、标靶；18、测量杆；19、测量头；20、上微距摄像头；21、点激光源；22、下微距摄像头；23、波形唇油封；24、计算机。
具体实施方式
[0064] 下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0065] 实施例1：
[0066] 如图1至图5所示，本实施例提供一种波形唇油封唇口曲面形状误差测量装置，该测量装置包括定位与测量调节装置、摄像头调节装置、测量装置和计算机四部分：
[0067] 定位与测量调节装置包括工作平台1，工作平台1的外形为长方形，工作平台1上放置有圆形的角度分度盘支撑台3，且角度分度盘支撑台3的圆心与工作平台1的中心在同一垂线上；在角度分度盘支撑台3的上面依次同心安装有角度分度盘4和工作圆台5；在工作圆台5上安装有直角定位块6，直角定位块6由直线电机驱动，运动滑轨沿工作圆台5的半径方向，直角定位块6安装在运动滑轨上沿运动滑轨平移，直角定位块6的运动距离可由计算机24中的相关程序计算得到；后续当直角定位块6的位置确定后，将波形唇油封23紧贴直角定位块6放置，可保证波形唇油封23与工作圆台5圆心在同一垂线上；工作平台1上还安装有角度分度指示器2，角度分度指示器2与角度分度盘4上的刻度配合，用于读取角度分度盘4转过的角度。其中角度分度盘、工作圆台的外形也为圆形；工作圆台、角度分度盘、角度分度盘支撑台和工作平台四者的中心在同一垂线上。
[0068] 摄像头调节装置中：在工作平台1宽边中点靠近边缘处安装有螺纹立柱8；螺纹立柱8的下端为立柱旋钮7，拧动立柱旋钮7可使螺纹立柱8转动，同时使得与螺纹立柱8配合的升降支架10上下移动，升降支架10安装在螺纹立柱8上且与螺纹立柱8螺纹连接；升降支架10的两侧固定有导套11，导套11与固定于工作平台1上的导柱13配合使得升降支架10不会随螺纹立柱8转动而只上下移动，两个导柱13对称安装在螺纹立柱8的两侧；当升降支架10调节到相应的位置，可旋紧导套11上的定位螺母12来定位。升降支架10的顶端连接固定有伸缩横架16，伸缩横架16末端连接有伸缩横架旋钮14可旋动来调节伸缩横架16的长短。
[0069] 测量装置中：纵向激光测距仪9固定在升降支架10上并位于伸缩横架16的下方，测量值可用于计算微距摄像头的Z坐标值。横向激光测距仪15位于伸缩横架16上方固定于升降支架10上，在伸缩横架16的前端固定有标靶17与横向激光测距仪15配合，测得距离可用于计算微距摄像头的Y坐标值。标靶17的正下方为测量杆18，测量杆18顶端与伸缩横架16固定连接，测量头19固定于测量杆18的底端，在测量头19上，纵向竖直排列上微距摄像头20、点激光源21和下微距摄像头22。
[0070] 伸缩横架16的结构如图3、图4和图5所示，包括伸缩段16-1、固定段16-2、螺柱16-3、下端盖16-4和上端盖16-5，伸缩段16-1与螺柱16-3螺纹连接并从固定段16-2尾端套入，下端盖16-4和上端盖16-5上下配合通过紧固螺钉16-6安装在固定段16-2尾端防止螺柱16-
3向后脱出，螺柱16-3一端贯穿下端盖16-4和上端盖16-5后与伸缩横架旋钮14连接，伸缩段
16-1与固定段16-2通过凸棱和槽的方式配合，后续通过拧动伸缩横架旋钮14调节伸缩段
16-1的伸出长短。
[0071] 其中，角度分度指示器2、纵向激光测距仪9、横向激光测距仪15、上微距摄像头20、下微距摄像头22、直线电机分别与计算机24连接，由计算机24实现信息采集、自动运算和控制。
[0072] 该测量装置本身带有一个固定坐标系，固定坐标系的原点O位于工作圆台5的圆心处，X轴与工作平台1的宽边平行，Y轴与工作平台1的长边平行，Z轴按照右手准则确定。
[0073] 实施例2：
[0074] 利用实施例1所述的测量装置，本实施例阐述测量波形唇油封唇口曲面形状误差的方法，本实施例中选用的待测油封为一四周期正弦波形唇油封，其具体的测量过程如下：
[0075] (1)确定直角定位块6的位置。已知待测的波形唇油封23的外圆面半径为R1，工作圆台5中心处圆孔半径为r0。直角定位块6内直角点初始位置位于中心圆孔边缘处。为将外圆面半径为R1的波形唇油封23和工作圆台5同心放置，直角定位块6需移动距离L，具体数值由下式确定，可由计算机24计算得到。
[0076]
[0077] 直角定位块6位置确定好以后，将测量头19调整至最高点方便波形唇油封23的放置，然后波形唇油封23紧贴直角定位块6放置，后续通过直线电机驱动直角定位块6移动距离L，确保波形唇油封23与工作圆台5同心。
[0078] (2)确定下微距摄像头22位置及拍照测量。为方便计算，这里选取下微距摄像头22位置为基准。通过观察上微距摄像头20和下微距摄像头22拍摄的放大影像，旋动立柱旋钮7来调整升降支架10。如图6所示，使得点激光源21可以照射在第一条主唇口曲线LP上形成测量点P；然后旋动伸缩横架旋钮14调整伸缩横架16的长度来控制上微距摄像头20和下微距摄像头22与油封内圈表面之间的距离，使得计算机24上形成的图像最为清晰。调整完成后记录此时横向激光测距仪15的示数L1P和纵向激光测距仪9的示数L2P。下微距摄像头22拍下照片AP，上微距摄像头20拍下照片BP。此时下微距摄像头22中心在固定坐标系中的位置坐标为(XsP，YsP，ZsP)。
[0079] 然后通过调整升降支架10使点激光源21分别照射在第二条唇口曲线LM和第三条唇口曲线LN上，形成测量点M和N。两个位置处横向激光测距仪15的示数分别为L1M和L1N，纵向激光测距仪9的示数分别为L2M和L2N。下微距摄像头22分别拍下照片AM和AN；上微距摄像头20分别拍下照片BM和BN。下微距摄像头22对应的位置坐标分别为(XsM，YsM，ZsM)和(XsN，YsN，ZsN)。
[0080] 下微距摄像头22不同测量位置的坐标数值由下式确定：
[0081]
[0082] 式中：i分别取P，M或N时代表不同的测量点；C1为螺纹立柱8中心线到横向激光测距仪15中心的距离；C2为螺纹立柱8中心线到固定坐标系原点O的距离；C3为固定坐标系原点O到工作平台1平面的距离；C4为下微距摄像头22中心到纵向激光测距仪9中心的距离。
[0083] 上微距摄像头20与下微距摄像头22在Z轴方向的距离为T，则在下微距摄像头22位置坐标确定的前提下，上微距摄像头20的位置坐标即为(Xsi,Ysi,Zsi+T)。
[0084] (3)单一测量位置照片数据处理。这里取下微距摄像头22拍摄的照片Ai(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)进行阐述，上微距摄像头拍摄的照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)按相同方法处理。由于照片中的像点以像素为单位，这里需要建立像素图像坐标系{o，u，v}和毫米为单位的物理图像坐标系{o1，x，z}之间的转换关系。如图7所示：以像素为单位的图像坐标系原点o位于照片的左下角，u轴水平向右，v轴垂直向上。物理图像坐标系原点o1位于像素坐标为(u0，v0)的像素点上，x轴水平向右，z轴垂直向上。两种图像坐标之间的转换关系如下式所示：
[0085]
[0086] 式中：k×l为像素点的大小，k和l单位为毫米，属于微距摄像头的内参数。
[0087] 已知照片AP中测量点P的像素坐标为(up，vp)，由上式转换到物理图像坐标系{o1，x，z}下的坐标值为(xp，zp)。其他照片中的相应测量点在物理图像坐标系中的坐标由式(Ⅱ)亦可获得。
[0088] 为将点的坐标进一步转换到摄像坐标系中，建立下摄像坐标系{Ox1,Xx1,Yx1,Zx1}：原点Ox1位于下微距摄像头22的中心，Xx1轴和Zx1轴分别与x轴和z轴平行，Yx1轴与图像平面垂直相交，交点即为所述物理图像坐标系原点。同时建立上摄像坐标系{Ox2,Xx2,Yx2,Zx2}：原点Ox2位于上微距摄像头20的中心，Xx2轴和Zx2轴分别与x轴和z轴平行，Yx2轴与图像平面垂直相交，交点即为照片Bi的物理图像坐标系原点。
[0089] 测量点在下摄像坐标系中的坐标Yx1i根据双目视觉测距原理由下式获得：
[0090]
[0091] 式中：f为微距摄像头的焦距，属于摄像头的内参数，|zAi|和|zBi|分别为测量点在照片Ai和照片Bi(i分别取P，M或N时表示不同的测量点)物理图像坐标系中z坐标的绝对值。
[0092] 单个分度位置时，下摄像坐标系中任意测量点的坐标值Xx1i和Zx1i值可由下式反算得到：
[0093]
[0094] 式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点。
[0095] 计算完成后，任意测量点在下摄像坐标系中的坐标可表示为(Xx1i,Yx1i,Zx1i)。
[0096] (4)上述操作完成后，将波形唇油封23内圈表面沿圆周方向进行分度测量并计算所有测量点的坐标。分度角度为 (取值范围为5°～10°)，则相应的有 个分度位置(测量位置)，默认初始测量位置为第0分度位置。依靠工作圆台5带动波形唇油封23旋转实现每个分度位置的拍照测量，此过程也可看作上微距摄像头20和下微距摄像头22相对于波形唇油封23转动进行测量。所有测量位置全部测量完成后，第四步中的特定测量点P，M，N扩展到整个圆周面上可以表示为Pj，Mj，Nj(j表示分度位置的序号j＝0,1,2,3···n-1)。每个特定测量点在固定坐标系下的坐标(Xij，Yij，Zij)可根据下摄像坐标系和固定坐标系之间的关系由下式反算得到：
[0097]
[0098] 式中：i分别取P，M或N时表示每个分度位置不同的测量点；j表示分度位置的序号j＝0,1,2,3···n-1。
[0099] (5)曲面形状误差评定。上述测量完成后得到一个3×n型值数据点阵U，具体如下所示：
[0100] U＝[Pj,Mj,Nj]T (Ⅵ)
[0101] 由点阵U利用B样条曲面插值方法构造唇口曲面；本实施例中B样条曲面方程如下所示：
[0102]
[0103] 式中：0≤u≤1,0≤v≤1，Bi,1(u)和Bj,3(v)为基函数，ri,j为所述型值数据点阵U。
[0104] 求解曲面方程(Ⅶ)后可得到固定坐标系中油封主唇口上两张闭合唇口曲面S1，S2；
[0105] 在固定坐标系下创建标准唇口曲面S01，S02；由于唇口曲面为正弦波形，通过坐标变换旋转唇口曲面S1，S2的波形峰值点与标准唇口曲面S01，S02模型峰值基准重合，旋转后的唇口曲面记为S11，S21；
[0106] 为评定唇口曲面S11，S21的曲面形状误差，取唇口曲面S11为例。在唇口曲面S11的u，v两个方向测量得到的每两个型值点之间插入两个参数点，这样就得到了唇口曲面上一个7×3n的点阵。分别计算每个点到标准唇口曲面的距离Ds1i(i＝1,2,3…7×3n)为唇口曲面S11的曲面偏差，利用每个点的偏差值可以绘制曲面偏差云图，直观展现曲面的形状误差。在具体的数值评定中，取曲面偏差中的最大值Ds1max和平均值Ds1e两个指标来评定唇口曲面的形状误差。
