CN106643537B - 基于结构光的轴承油沟自动测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统及方法，此系统包括线激光发射器、视觉探头和驱动转台，待检测轴承固定安装于驱动转台上并随驱动转台同步转动，所述线激光发射器的线激光束在待检测轴承内圈表面的油沟上形成连续的轮廓母线，所述视觉探头的光轴对准所述轮廓母线。本发明具有非接触自动测量、无需人工参与、精度高和周期短等优点。
Description
技术领域
本发明涉及轴承内圈油沟检测领域，尤其涉及一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统。此外，本发明还涉及一种基于上述结构光的轴承油沟自动测量系统的方法。
背景技术
现有轴承内圈的油沟用来输送和分布润滑油，油沟的尺寸、形状和位置影响轴承中油膜压力分布情况，进而影响整个轴承的性能。然而，轴承内圈的油沟属于三维内尺寸，轴承内圈油沟的准确检测是行业的难题之一。
目前轴承行业最常用的油沟测量方法为：使用一块最大极限尺寸样板，通过人工丈量进行检验，此方法只能判断油沟的合格与否，并不能确定油沟的实际尺寸。近年来出现一种拓摹方法，利用树脂等成型材料灌充入油沟，待固态成型后，去除拓摹，进行测量，此方法属于反向成型方法，不仅过程繁琐、操作周期长，而且拓摹本身的测量精度并不高，加上拓印本身存在的不可靠因素，因此测量精度不高，效果很不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种非接触自动测量，无需人工参与、精度高和周期短的基于结构光的轴承油沟自动测量系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统，其包括线激光发射器、视觉探头和驱动转台，待检测轴承固定安装于驱动转台上并随驱动转台同步转动，所述线激光发射器的线激光束在待检测轴承内圈表面的油沟上形成连续的轮廓母线，所述视觉探头的光轴对准所述轮廓母线。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述自动测量系统还包括底座组件，所述底座组件的中部设有安装驱动转台的安装孔，侧边设有安装支架，线激光发射器和视觉探头等高、间隔的设置于同一安装支架上。
所述待检测轴承内圈表面设有上、下两个油沟，所述自动测量系统包括两台线激光发射器和两台视觉探头，一台线激光发射器和一台视觉探头设置于同一安装支架上，另一线激光发射器和另一视觉探头设置于另一安装支架上，两安装支架相对设置。
所述底座组件上方罩设外壳罩，所述线激光发射器、视觉探头和驱动转台均位于外壳罩内；所述视觉探头包括相机和图像捕捉镜头，所述相机的输出端与外界的图像处理系统连接。
一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统的方法，包括如下步骤：
S1：在线激光发射器关闭、打开的状态下，视觉探头对准待检测轴承内圈表面的油沟分别拍摄一幅图像；
S2：将S1中拍摄的两幅图像进行图像处理，得到一条单像素宽度的轮廓母线(30)，将所述轮廓母线(30)进行边缘提取，得到线轮廓的边缘点坐标Pi(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S3：利用步骤S2中的边缘点坐标Pi(xi，yi)进行最小二乘圆拟合，得到拟合圆的半径R与圆心坐标Ci(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S4：计算所有边缘点Pi(xi，yi)与拟合圆的径向偏差Δi，计算所述径向偏差Δi的标准差Dev，删除所有径向偏差Δi大于3倍标准差Dev的边缘点；
其中，i＝1，2，…，n；
S5：利用剩余的边缘点再次进行最小二乘圆拟合，最终得到油沟半径R1；
S6：驱动转台(3)带动待检测轴承(10)转动设定的间隔角度后停止，重复所述步骤S1～S5，获得该角度位置的油沟半径R2；驱动转台(3)带动待检测轴承(10)持续一周，连续获得多个角度位置的油沟半径Rj；
其中，j＝1，2，…，m；
S7：取所有角度位置的拟合圆半径的算术平均值作为油沟半径R的最终测量结果，即： R＝(R1+R2+…+Rm)/m。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述步骤S2还包括步骤S21～S22：S21：将步骤S1拍摄的两幅图像进行差分处理，去除背景信息，获得清晰的轮廓线；S22：对步骤S21差分图像进行滤波处理，去除噪声点，得到一条单像素宽度的轮廓母线。
所述步骤S1中，线激光发射器发出线激光束的宽度不大于所述油沟半径的1/5。
所述步骤S1中，视觉探头的景深大于被测油沟在视觉探头光轴方向的投影长度。
所述步骤S1中，视觉探头与线激光发射器光轴的夹角大于45°。
所述步骤S1中，视觉探头采用高精度物方远心镜头，线激光发射器为蓝光激光器，所发出的线激光为蓝光或蓝紫光。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于结构光的轴承油沟自动测量系统，结构简单，采用结构光技术实现油沟轮廓尺寸的非接触自动测量，无需人工参与，不仅探测效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干扰，全程自动化操作，稳定性好，大大提高测量精度。
本发明的基于结构光的轴承油沟自动测量系统的方法，自动测量方法依据上述测量系统的测量数据进行计算，精度高，周期短。
附图说明
图1是本发明的基于结构光的轴承油沟自动测量系统的主视示意图。
图2是图1的俯视示意图。
图3是本发明的轮廓母线示意图。
图4是本发明的测量方法步骤S1中采样过程中得到的一幅原始图像。
图5是本发明的经过图像处理得到的单像素轮廓线示意图。
图6是本发明的轮廓拟合原理示意图。
图中各标号表示：
1、线激光发射器；2、视觉探头；3、驱动转台；4、底座组件；5、外壳罩；10、待检测轴承；20、待检测轴承内圈表面；21、相机；22、图像捕捉镜头；30、轮廓母线；41、安装支架。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图3示出了本发明的一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统的实施例，其包括线激光发射器1、视觉探头2和驱动转台3，待检测轴承10固定安装于驱动转台3上并随驱动转台3同步转动，本实施例中，驱动转台3包括转台和驱动转台转动的电机。线激光发射器1发出的线激光束的方向经过待检测轴承内圈的回转轴线，能够在轴承内圈油沟表面形成一段轮廓母线30，在驱动转台3连续转动的带动下，连续的形成很多段轮廓母线 30，即线激光发射器1的线激光束在待检测轴承内圈表面20的油沟上形成连续的轮廓母线30，视觉探头2的光轴对准轮廓母线30，进行跟踪拍摄，得到的多段轮廓母线30为后续获得轴承油沟半径做准备，此测量系统结构简单，采用结构光技术实现油沟轮廓尺寸的非接触自动测量，无需人工参与，不仅探测效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干扰，全程自动化操作，稳定性好，大大提高测量精度。
本实施例中，本发明的轴承油沟自动测量系统还包括底座组件4，底座组件4的中部设有安装驱动转台3的安装孔，侧边设有安装支架41，线激光发射器1和视觉探头2等高、间隔的设置于同一安装支架41上，提高测量精度。
本实施例中，待检测轴承内圈表面20设有上、下两个油沟，自动测量系统包括两台线激光发射器1和两台视觉探头2，一台线激光发射器1和一台视觉探头2设置于同一安装支架41上，另一线激光发射器1和另一视觉探头2设置于另一安装支架41上，两安装支架41相对设置。同一安装支架41上的激光发射器1和视觉探头2用于测量同一油沟。
本实施例中，底座组件4上方罩设外壳罩5，线激光发射器1、视觉探头2和驱动转台3均位于外壳罩5内，外壳罩5起到遮光的作用，减少环境光的影响；视觉探头2包括相机21和图像捕捉镜头22，相机21的输出端与外界的图像处理系统连接；如两个相机 21的输出图像信息传送到计算机内进行处理，最终得到轴承内圈上、下油沟的尺寸。
图4至图6还示出了本发明的一种基于结构光的轴承油沟自动测量系统的方法，其包括如下步骤：
S1：在线激光发射器1关闭、打开的状态下，视觉探头2对准待检测轴承内圈表面20的油沟分别拍摄一幅图像；
S2：将S1中拍摄的两幅图像进行图像处理，得到一条单像素宽度的轮廓母线(30)，将所述轮廓母线(30)进行边缘提取，得到线轮廓的边缘点坐标Pi(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S3：利用步骤S2中的边缘点坐标Pi(xi，yi)进行最小二乘圆拟合，得到拟合圆的半径R与圆心坐标Ci(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S4：计算所有边缘点Pi(xi，yi)与拟合圆的径向偏差Δi，计算所述径向偏差Δi的标准差Dev，删除所有径向偏差Δi大于3倍标准差Dev的边缘点；
其中，i＝1，2，…，n；
S5：利用剩余的边缘点再次进行最小二乘圆拟合，最终得到油沟半径R1；
S6：驱动转台(3)带动待检测轴承(10)转动设定的间隔角度后停止，重复所述步骤S1～S5，获得该角度位置的油沟半径R2；驱动转台(3)带动待检测轴承(10)持续一周，连续获得多个角度位置的油沟半径Rj；
其中，j＝1，2，…，m；
S7：取所有角度位置的拟合圆半径的算术平均值作为油沟半径R的最终测量结果，即： R＝(R1+R2+…+Rm)/m。
本发明的轴承内圈油沟自动测量系统采用结构光技术实现油沟轮廓尺寸的非接触自动测量，无需人工参与，不仅探测效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干扰，自动测量方法依据测量系统的测量数据进行计算，精度高，周期短。
本实施例中，上述步骤S2还包括步骤S21～S22：S21：将步骤S1拍摄的两幅图像进行差分处理，去除背景信息，获得清晰的轮廓线；S22：对步骤S21差分图像进行滤波处理，去除噪声点，得到一条单像素宽度的轮廓母线30。
本实施例中，上述步骤S1中，线激光发射器1发出的线激光束的宽度远远小于油沟半径，一般为油沟半径的1/5以内。例如，对于半径为1.0mm的油沟而言，线激光束的宽度应不超过0.2mm为宜。
本实施例中，上述步骤S1中，视觉探头2的景深大于被测油沟在视觉探头2光轴方向的投影长度，以便保证整个轮廓均能清晰成像。例如，对于半径1.0mm的油沟，视觉探头2与线激光发射器1的角度为45°，油沟轮廓在视觉探头2光轴方向的投影长度约为 1.4mm，因此景深应不小于2mm。
本实施例中，上述步骤S1中，视觉探头2与线激光发射器1光轴的夹角大于45°，以便获得更高的轮廓测量精度。
本实施例中，视觉探头采用工业级相机，其像素数应该满足测量精度的需求。上述步骤S1中，视觉探头2采用高精度物方远心镜头，以便克服被测油沟轮廓高低不同产生的测量误差，并且可以获得更清晰的图像质量。线激光发射器1为蓝光激光器，所发出的线激光为蓝光或蓝紫光，可以显著提高轮廓母线的成像清晰度，从而提高测量精度。例如，线激光器的波长为450nm。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于结构光的轴承油沟自动测量方法，该方法通过基于结构光的轴承油沟自动测量系统实现，所述基于结构光的轴承油沟自动测量系统包括线激光发射器(1)、视觉探头(2)和驱动转台(3)，待检测轴承(10)固定安装于驱动转台(3)上并随驱动转台(3)同步转动，所述线激光发射器(1)的线激光束在待检测轴承内圈表面(20)的油沟上形成连续的轮廓母线(30)，所述视觉探头(2)的光轴对准所述轮廓母线(30)；系统还包括底座组件(4)，所述底座组件(4)的中部设有安装驱动转台(3)的安装孔，侧边设有安装支架(41)，线激光发射器(1)和视觉探头(2)等高、间隔的设置于同一安装支架(41)上；所述待检测轴承内圈表面(20)设有上、下两个油沟，所述自动测量系统包括两台线激光发射器(1)和两台视觉探头(2)，一台线激光发射器(1)和一台视觉探头(2)设置于同一安装支架(41)上，另一线激光发射器(1)和另一视觉探头(2)设置于另一安装支架(41)上，两安装支架(41)相对设置；所述底座组件(4)上方罩设外壳罩(5)，所述线激光发射器(1)、视觉探头(2)和驱动转台(3)均位于外壳罩(5)内；所述视觉探头(2)包括相机(21)和图像捕捉镜头(22)，所述相机(21)的输出端与外界的图像处理系统连接；其特征在于：基于结构光的轴承油沟自动测量系统的方法包括如下步骤：
S1：在线激光发射器(1)关闭、打开的状态下，视觉探头(2)对准待检测轴承内圈表面(20)的油沟分别拍摄一幅图像；
S2：将S1中拍摄的两幅图像进行图像处理，得到一条单像素宽度的轮廓母线(30)，将所述轮廓母线(30)进行边缘提取，得到线轮廓的边缘点坐标Pi(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S3：利用步骤S2中的边缘点坐标Pi(xi，yi)进行最小二乘圆拟合，得到拟合圆的半径R与圆心坐标Ci(xi，yi)；
其中，i＝1，2，…，n；
S4：计算所有边缘点Pi(xi，yi)与拟合圆的径向偏差Δi，计算所述径向偏差Δi的标准差Dev，删除所有径向偏差Δi大于3倍标准差Dev的边缘点；
其中，i＝1，2，…，n；
S5：利用剩余的边缘点再次进行最小二乘圆拟合，最终得到油沟半径R1；
S6：驱动转台(3)带动待检测轴承(10)转动设定的间隔角度后停止，重复所述步骤S1～S5，获得该角度位置的油沟半径R2；驱动转台(3)带动待检测轴承(10)持续一周，连续获得多个角度位置的油沟半径Rj；
其中，j＝1，2，…，m；
S7：取所有角度位置的拟合圆半径的算术平均值作为油沟半径R的最终测量结果，即：R＝(R1+R2+…+Rm)/m。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S2还包括步骤S21～S22：
S21：将步骤S1拍摄的两幅图像进行差分处理，去除背景信息，获得清晰的轮廓线；
S22：对步骤S21差分图像进行滤波处理，去除噪声点，得到一条单像素宽度的轮廓母线(30)。
3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，线激光发射器(1)发出线激光束的宽度不大于所述油沟半径的1/5。
4.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，视觉探头(2)的景深大于被测油沟在视觉探头(2)光轴方向的投影长度。
5.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，视觉探头(2)与线激光发射器(1)光轴的夹角大于45°。
6.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，视觉探头(2)采用高精度物方远心镜头，线激光发射器(1)为蓝光激光器，所发出的线激光为蓝光或蓝紫光。
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