[發明專利]基于激光傳感器的軸承內孔測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202110285459.0
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN112902872A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 于寶成;李為;石進;徐文霞;張敏;吳靜;王春梅;王邯;吳云韜;盧濤;張彥鐸;陳燈
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 汪瑋華

1.基于激光傳感器的軸承內孔測量裝置，其特征在于，包括底座、軸承夾具、滑動平臺、旋轉關節、激光測距傳感器和控制模塊，所述軸承夾具豎直固定于所述底座一側，其上固定待測軸承，所述滑動平臺通過驅動電機沿底座上安設的滑動導軌滑動，所述旋轉關節通過支架安設于滑動平臺上，所述激光測距傳感器安設于旋轉關節的端頭，所述控制模塊包括控制器和上位機，所述控制器的輸入端與激光測距傳感器相連，輸出端分別與旋轉關節和激光測距傳感器相連，控制器與上位機相連，實現信息交互。

2.根據權利要求1所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量裝置，其特征在于，所述軸承夾具包括固定板、上夾臂和下夾臂，所述上、下夾臂堆成固定于所述固定板上，固定板底部固定于所述底座上，上、下夾臂的間距與待測軸承外徑相同，實現卡合固定。

3.根據權利要求1或2所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量裝置，其特征在于，所述旋轉關節為步進電機，所述步進電機的輸出軸的端頭安設所述激光測距傳感器，步進電機的輸出軸與待測軸承內孔相對應設置。

4.根據權利要求3所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量裝置，其特征在于，所述激光測距傳感器為單目激光測距傳感器，激光光源方向與滑動平臺的滑動方向垂直。

5.基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)建立坐標系：確定激光測距傳感器的運動學模型和參數，并建立三維坐標系；

S2)激光測量：使用激光測距儀對軸承內壁進行測量，獲取軸承內壁三維點云數據；

S3)特征提取：對所得到的的三維點云數據進行特征提取；

S4)光順濾波：去噪處理，使用濾波器對點云數據進行平滑濾波處理；

S3)模型重建：使用三維重建算法對處理過后的點云數據進行重建，得到相對應的軸承內壁完整的三維模型。

6.根據權利要求5所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，步驟S1中所述建立三維坐標系包括如下內容：以滑動平臺移動的方向為z軸方向，以激光測距傳感器初始位置為xy平面的原點，建立三維坐標系。

7.根據權利要求6所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，步驟S2中所述激光測量包括如下內容：控制器控制滑動平臺朝著待測軸承方向移動，當到達待測軸承端面時，此時z軸位置為0，此位置即為三維坐標系原點，滑動平臺繼續移動距離d暫停，旋轉關節和激光測距傳感器開始工作，旋轉關節的旋轉角度為Δθ時，激光測距傳感器采集到軸承內孔測量點到三維坐標原點的長度為L，旋轉角度達到360度時，旋轉關節暫停，滑動平臺繼續向前移動d距離，重復以上運動，直至激光測距傳感器到達待測軸承另端面，測量結束，軸承內表面數據在三維坐標的表示為：(x,y,z)＝(LcosΔθ,LsinΔθ,kd)，其中，k∈N，0°≤Δθ＜360°。

8.根據權利要求7所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，步驟S3中所述特征提取包括如下內容：采用主成分分析法，使用基于特征值分解協方差矩陣實現主成分分析，對于三維坐標數據集X，需要降到k維，每一位特征減去各自的平均值，然后計算協方差矩陣,用特征值分解方法求協方差矩陣的特征值與特征向量，對特征值從大到小排序，選擇其中最大的k個，然后將其對應的k個特征向量分別作為行向量組成特征向量矩陣P，將數據轉換到k個特征向量構建的新空間中，即Y＝PX，Y即為特征提取后的三維坐標數據集。

9.根據權利要求5或8所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，步驟S4中所述濾波器為SG濾波器。

10.根據權利要求5或8所述的基于激光傳感器的軸承內孔測量方法，其特征在于，步驟S4中所述三維重建算法為泊松曲面重建算法。