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基于激光测量的汽车零件间隙面差计算方法

【摘要】本文作者主要是对激光测量汽车零件间隙面的数据前处理方式与流程。根据汽车零件间隙面差数据的定义，对其中的几何结构进行分析，构建一个汽车零件间隙面差的数据模型，最后在使用数据库与工程的实际零件，检验这次计算的精度。这么做完全是为了自主研发汽车零件而做的准备
【关键词】激光测量、汽车零件、间隙面差计算

前言
汽车零件是汽车的基础要素，不仅影响到了汽车使用的安全，同时也与汽车的外观息息相关，可以说汽车零件的质量就是检验汽车整体质量的标准。要保证汽车零件过关，就需要使用检验器具来对汽车零件进行精确检查，这些零件不仅是当中细小的汽车零件，还包括汽车车门、汽车引擎盖、汽车后备箱盖。使用塞尺与面差尺来检测汽车表面间隙差是最为传统的手段，这种传统的检验方式存在着主观性强、检验时间长等一些技术上的限制。激光测量在一些发达的国家已经得到广泛的使用，甚至一些科学家对激光测量进行改造，让其成为世界测量领域的主流测量方式。本文是从激光检测法的数据切入，并且构建一个相关的数据模型，为我国自主研发激光测量法打下坚实的基础。

一 使用激光测量法之前的准备
以下两图是作者经过长时间的尝试与阅读大量的相关资料过后制作的，这两幅图分别为激光数据采集示意图、激光测量数据分布图:

从图一我们可以看到，二维激光传感器的测量激光不仅对模拟工件模块进行了测量，同时也对模拟检具的部分位置进行了扫描。由于激光传感器在自身的特性，所以在测量过程当中会受到环境因素的干扰而产生误差，因此，测量器具接受到的数据比较杂乱，可能在测量线条的两端会出现零点现象，超过量程的数据可以能会在间隙面内形成新的数据，这些新数据对于测量过程来说都是无效的。
（一）筛选有效的数据
筛选有效数据是测量流程当中的首要工作，主要目的是为了去除整体数据当中的零点数据与异常点，保证激光测量仪器当中的激光能够完全的照射在汽车零件的表面，从而让激光能够顺利工作。在测量过程当中零点数据对有效数据是没有任何作用的，因此，可以直接将零点数据去除掉，另一方面，异常数据在测量过程中会偏离有效数据的中心点，离开有效数据可以控制的范围，要想去除异常点数据可以使用平均值处理手段。
（二）测量数据的滤波
在激光测量数据的过程当中会出现一定的波动，致使测量工作后期的曲率计算，因此，我们应该将测量过程当中干扰滤波的因数完全清除掉。由于激光测量法在测量时会面对不同的表面弧度，因此我们最好使用非线性测量法，例如，双滤波处理，这么做可以很好的降低测量过程当中的干扰因素，保证最后测量数据的真实性。在使用双滤波处理的时候，测量人员应该注意测量当中的实际因素，要从实际情况出发，不要太过死板。
（三）特征点的计算分段
我们首先应该计算各个特征点的近似曲率，三点计算法与改进三点计算法是这个计算环节经常使用的两种计算方式。除此之外，由于数据模型当中三点之间的横向距离和数据支撑点比较小，因此在测量过程当中会受到噪音的影响。根据这种特性我们在进行测量的时候可以考虑将横向距离与支撑点加大，让三点之间的间隔距离能够保证计算的正确。整个数据模型当中直线的曲率为零，弧线的曲率为零点以上，当中的数据临界点可以当做是数据特征点，同时也是激光测量当中的平角与圆点的分界点。

二 构建间隙面差的数学模型
（一）间隙面的数学模型
这段当中所指的间隙是指零件与零件之间的间隔距离。在进行激光测量的时候，整体数据在经过筛选过后成为有效数据，当中两点之间的平行距离就是间隙，即下列公式所述：
Gap=max
在这个公式当中x标示的是i点的具体坐标。
但是由于激光测量出啦的数据点具有离散性质，对于数据模型的边界问题，在通常的情况下都会出现不确定的现象。由于间隙边缘会出现在离散点的附近，因此下列公式会计算出数学模型的最大值与最实际的误差情况：
Ο=
在上述数学公式当中，为数据模型当中的实际间距；则是测量汽车零件间隙点与点之间的距离。因此，只有将实际间距数值减去点与点之间的距离，才能让测量失误率减少一半。
如果使用激光测量对汽车零件的间隙差进行测量时，零件间隙面偏小，则需要将测量得到的数据除以倾斜角的余弦值。其中倾斜角度的余弦值可以从直线斜率当中得知。最后我们可以将数学模型改为gap=，在这个公式当中我们可以很确切的看到，构成间隙面的主要因素。
（二）面差的数学模型
当整体测量数据经过滤波处理过后，首先应该在数据当中选择出特征点。使用选择出来的特征点可以将测量工件与检具都分成两个部分，第一个部门为直线；第二个为曲线部分。当然做到这一步还是不够的，还应该将检具上的直线性单独提出进行转变，从而让其从新成为直线。因此，在这段当中所指的面差则为，将测量工件上的直线性转变成为直线的距离。下图就具体的阐述了数学模型的概念。

根据上图所表达的含义，那么面差的数学模型应该为：
Flush==

三 面差算列与分析
（一）基准块倾斜测量
要对基准块的倾斜度进行测量要分别取基准块表面的三个坐标点，即使用三点坐标点进行测量，并且要从不同的角度对基准块进行测量。之所以这么做完全是因为基准块当中的粒子的离散性较强，大多数的情况下都是在基准块当中到处分布。
（二）测量检具与工作元件
在进行测量之前，我们的测量人员首先应该收集需要测量工件的数据与资料，并且使用先进的技术检测自己的测量工具是否合格。当着一切的准备工作都完成过后，就要运用激光测量的方式对工件进行激光照射。最后，收集测量完成后的各项数据，使用对比法，让激光测量的数据与传统测量的数据进行对比，从对比当中我们可以很客观的发现，激光测量的方式果然比传统测量要准确的多，不论是整体数据还是测量流程都很合理，多数的情况下都不会出现误差，只有在一些特定的因素影响下才会有误差的出现。

四 激光准直测量的运用
激光测量当中有很多种的测量方式，其中激光准直测量就是比较常用的一种激光测量手段并且非常的可靠。激光准直测量在一些有名的企业当中非常受欢迎，特别是汽车行业。汽车领域当中可以使用激光准直测量来对汽车零件的间隙面差进行精确的测量，在测量的过程当中不仅只是单一的测量，过程当中会产生很多的数据，这些数据在后期的数据分析当中有高的参考价值。采用激光准直测量不仅提高了测量工作的效率，还可以防止数据的偏差过大。
（一）非直度测量
将激光测量仪器固定到工件需要测量的表面或者使用手持式的测量仪器，测量仪器作者推荐的是四象测量仪或者PSD测量仪。首先我们要将激光的光线与测量工件表面相平行相平行，然后在测量的实际情况使用准直指标进行调整，设置测量仪当中的各项数据，其次在使用上述文章当中的数学模组进行对比，根据数学模组所计算出来的数据有一定的客观性，数据的根本意义还是要根据实际的测量情况来进行断定，测量当中必定会有一些外在因素的干扰，因此，只有将最后得到的数据除以相应数学模型当中的数列才能够得到最后的答案。激光测量仪在运动的时候，光输出的信号应该根据移动速度而放大，在经过一定时间的处理后，得到的非直度数据会输入到相关数据库当中。同时也可以使用分段测量的方式，在工件当中取多个点在使用激光信号读出每个点的偏差值。
（二）不同轴度测量
汽车发动机当中轴承孔的弧度都不一样，这些不一样的轴承孔弧度可以使用激光准直仪来进行测量。在发动机轴承座的一侧设置一个轴承孔标靶，同时把激光测量仪的测量数据调试到最佳位置，这里需要注意的是，一定要将激光射线对准一侧的轴承孔标靶，这么做可以建立一个测量标靶的标准位置，然后在使用相同的方式分别把标靶放入不同的轴承孔当中。这项工序非常的费事，需要测量人员认真仔细的完成。

五 激光测量汽车零件间隙面的展望
新的时代已经到来，商业机会与发展机会都在等待着我们，激光测量在汽车领域当中必定会有很好的发展。数学模型与面差数列计算就是激光测量当中的主要技术，这两种技术在发达国家的测量工程当中都会经常用到，甚至是走出了发展阶段向着改进阶段前进，但是激光测量技术在国内还很少使用，国内主要使用的还是传统的测量手段，对于激光测量技术还是不太感兴趣。当然，造成这一现象的主要原因，还是因为国外技术的封锁太过严密，再加上因为国内长时间使用传统测量技术而形成的依赖症。测量领域的学者应该积极打开自己的思想，多与国外的学者交流，最好能够将他们技术人员请过来，将我们的人送过去，形成双向学习的形式。

六 结束语
综合全文来看，激光测量技术在测量汽车零件间隙面差方面有很好的效果，虽然在测量的时候还是会出现误差，但是相比传统的测量技术，误差已经得到了很好的控制。

【参考文献】
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