本發(fā)明涉及軸承內(nèi)圈油溝檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種基于上述結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有軸承內(nèi)圈的油溝用來輸送和分布潤滑油，油溝的尺寸、形狀和位置影響軸承中油膜壓力分布情況，進(jìn)而影響整個軸承的性能。然而，軸承內(nèi)圈的油溝屬于三維內(nèi)尺寸，軸承內(nèi)圈油溝的準(zhǔn)確檢測是行業(yè)的難題之一。

目前軸承行業(yè)最常用的油溝測量方法為：使用一塊最大極限尺寸樣板，通過人工丈量進(jìn)行檢驗，此方法只能判斷油溝的合格與否，并不能確定油溝的實際尺寸。近年來出現(xiàn)一種拓摹方法，利用樹脂等成型材料灌充入油溝，待固態(tài)成型后，去除拓摹，進(jìn)行測量，此方法屬于反向成型方法，不僅過程繁瑣、操作周期長，而且拓摹本身的測量精度并不高，加上拓印本身存在的不可靠因素，因此測量精度不高，效果很不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非接觸自動測量，無需人工參與、精度高和周期短的基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)，其包括線激光發(fā)射器、視覺探頭和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，待檢測軸承固定安裝于驅(qū)動轉(zhuǎn)臺上并隨驅(qū)動轉(zhuǎn)臺同步轉(zhuǎn)動，所述線激光發(fā)射器的線激光束在待檢測軸承內(nèi)圈表面的油溝上形成連續(xù)的輪廓母線，所述視覺探頭的光軸對準(zhǔn)所述輪廓母線。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述自動測量系統(tǒng)還包括底座組件，所述底座組件的中部設(shè)有安裝驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的安裝孔，側(cè)邊設(shè)有安裝支架，線激光發(fā)射器和視覺探頭等高、間隔的設(shè)置于同一安裝支架上。

所述待檢測軸承內(nèi)圈表面設(shè)有上、下兩個油溝，所述自動測量系統(tǒng)包括兩臺線激光發(fā)射器和兩臺視覺探頭，一臺線激光發(fā)射器和一臺視覺探頭設(shè)置于同一安裝支架上，另一線激光發(fā)射器和另一視覺探頭設(shè)置于另一安裝支架上，兩安裝支架相對設(shè)置。

所述底座組件上方罩設(shè)外殼罩，所述線激光發(fā)射器、視覺探頭和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺均位于外殼罩內(nèi)；所述視覺探頭包括相機(jī)和圖像捕捉鏡頭，所述相機(jī)的輸出端與外界的圖像處理系統(tǒng)連接。

一種基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)的方法，包括如下步驟：

S1：在線激光發(fā)射器關(guān)閉、打開的狀態(tài)下，視覺探頭對準(zhǔn)待檢測軸承內(nèi)圈表面的油溝分別拍攝一幅圖像；

S2：將S1中拍攝的兩幅圖像進(jìn)行圖像處理，得到一條單像素寬度的輪廓母線，將所述輪廓母線進(jìn)行邊緣提取，得到線輪廓的邊緣點坐標(biāo)P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)；

S3：利用步驟S2中的邊緣點坐標(biāo)P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)進(jìn)行最小二乘圓擬合，得到擬合圓的半徑R與圓心坐標(biāo)C_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)；

S4：計算所有邊緣點P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)與擬合圓的徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)，計算所述徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)的標(biāo)準(zhǔn)差Dev，刪除所有徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差Dev的邊緣點；

S5：利用剩余的邊緣點再次進(jìn)行最小二乘圓擬合，最終得到油溝半徑R₁；

S6：驅(qū)動轉(zhuǎn)臺帶動待檢測軸承轉(zhuǎn)動設(shè)定的間隔角度后停止，重復(fù)所述步驟S1～S5，獲得該角度位置的油溝半徑R₂；驅(qū)動轉(zhuǎn)臺帶動待檢測軸承持續(xù)一周，連續(xù)獲得多個角度位置的油溝半徑R_i(i＝1，2，…，m)；

S7：取所有角度位置的擬合圓半徑的算術(shù)平均值作為油溝半徑R的最終測量結(jié)果，即：R＝(R₁+R₂+…+R_m)/m。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述步驟S2還包括步驟S21～S22：S21：將步驟S1拍攝的兩幅圖像進(jìn)行差分處理，去除背景信息，獲得清晰的輪廓線；S22：對步驟S21差分圖像進(jìn)行濾波處理，去除噪聲點，得到一條單像素寬度的輪廓母線。

所述步驟S1中，線激光發(fā)射器發(fā)出線激光束的寬度不大于所述油溝半徑的1/5。

所述步驟S1中，視覺探頭的景深大于被測油溝在視覺探頭光軸方向的投影長度。

所述步驟S1中，視覺探頭與線激光發(fā)射器光軸的夾角大于45°。

所述步驟S1中，視覺探頭采用高精度物方遠(yuǎn)心鏡頭，線激光發(fā)射器為藍(lán)光激光器，所發(fā)出的線激光為藍(lán)光或藍(lán)紫光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)實現(xiàn)油溝輪廓尺寸的非接觸自動測量，無需人工參與，不僅探測效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干擾，全程自動化操作，穩(wěn)定性好，大大提高測量精度。

本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量的方法，自動測量方法依據(jù)上述測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，精度高，周期短。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)的主視示意圖。

圖2是圖1的俯視示意圖。

圖3是本發(fā)明的輪廓母線示意圖。

圖4是本發(fā)明的測量方法步驟S1中采樣過程中得到的一幅原始圖像。

圖5是本發(fā)明的經(jīng)過圖像處理得到的單像素輪廓線示意圖。

圖6是本發(fā)明的輪廓擬合原理示意圖。

圖中各標(biāo)號表示：1、線激光發(fā)射器；2、視覺探頭；3、驅(qū)動轉(zhuǎn)臺；4、底座組件；5、外殼罩；10、待檢測軸承；20、待檢測軸承內(nèi)圈表面；21、相機(jī)；22、圖像捕捉鏡頭；30、輪廓母線；41、安裝支架。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1至圖3示出了本發(fā)明的一種基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量系統(tǒng)的實施例，其包括線激光發(fā)射器1、視覺探頭2和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3，待檢測軸承10固定安裝于驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3上并隨驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3同步轉(zhuǎn)動，本實施例中，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3包括轉(zhuǎn)臺和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的電機(jī)。線激光發(fā)射器1發(fā)出的線激光束的方向經(jīng)過待檢測軸承內(nèi)圈的回轉(zhuǎn)軸線，能夠在軸承內(nèi)圈油溝表面形成一段輪廓母線30，在驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3連續(xù)轉(zhuǎn)動的帶動下，連續(xù)的形成很多段輪廓母線30，即線激光發(fā)射器1的線激光束在待檢測軸承內(nèi)圈表面20的油溝上形成連續(xù)的輪廓母線30，視覺探頭2的光軸對準(zhǔn)輪廓母線30，進(jìn)行跟蹤拍攝，得到的多段輪廓母線30為后續(xù)獲得軸承油溝半徑做準(zhǔn)備，此測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)實現(xiàn)油溝輪廓尺寸的非接觸自動測量，無需人工參與，不僅探測效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干擾，全程自動化操作，穩(wěn)定性好，大大提高測量精度。

本實施例中，本發(fā)明的軸承油溝自動測量系統(tǒng)還包括底座組件4，底座組件4的中部設(shè)有安裝驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3的安裝孔，側(cè)邊設(shè)有安裝支架41，線激光發(fā)射器1和視覺探頭2等高、間隔的設(shè)置于同一安裝支架41上，提高測量精度。

本實施例中，待檢測軸承內(nèi)圈表面20設(shè)有上、下兩個油溝，自動測量系統(tǒng)包括兩臺線激光發(fā)射器1和兩臺視覺探頭2，一臺線激光發(fā)射器1和一臺視覺探頭2設(shè)置于同一安裝支架41上，另一線激光發(fā)射器1和另一視覺探頭2設(shè)置于另一安裝支架41上，兩安裝支架41相對設(shè)置。同一安裝支架41上的激光發(fā)射器1和視覺探頭2用于測量同一油溝。

本實施例中，底座組件4上方罩設(shè)外殼罩5，線激光發(fā)射器1、視覺探頭2和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3均位于外殼罩5內(nèi)，外殼罩5起到遮光的作用，減少環(huán)境光的影響；視覺探頭2包括相機(jī)21和圖像捕捉鏡頭22，相機(jī)21的輸出端與外界的圖像處理系統(tǒng)連接；如兩個相機(jī)21的輸出圖像信息傳送到計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，最終得到軸承內(nèi)圈上、下油溝的尺寸。

圖4至圖6還示出了本發(fā)明的一種基于結(jié)構(gòu)光的軸承油溝自動測量的方法，其包括如下步驟：

S1：在線激光發(fā)射器1關(guān)閉、打開的狀態(tài)下，視覺探頭2對準(zhǔn)待檢測軸承內(nèi)圈表面20的油溝分別拍攝一幅圖像；

S2：將S1中拍攝的兩幅圖像進(jìn)行圖像處理，得到一條單像素寬度的輪廓母線30，將輪廓母線30進(jìn)行邊緣提取，得到線輪廓的邊緣點坐標(biāo)P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)；

S3：利用步驟S2中的邊緣點坐標(biāo)P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)進(jìn)行最小二乘圓擬合，得到擬合圓的半徑R與圓心坐標(biāo)C_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)；

S4：計算所有邊緣點P_i(x_i，y_i)(i＝1，2，…，n)與擬合圓的徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)，計算徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)的標(biāo)準(zhǔn)差Dev，刪除所有徑向偏差Δ_i(i＝1，2，…，n)大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差Dev的邊緣點；

S5：利用剩余的邊緣點再次進(jìn)行最小二乘圓擬合，最終得到油溝半徑R₁；

S6：驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3帶動待檢測軸承10轉(zhuǎn)動設(shè)定的間隔角度后停止，重復(fù)步驟S1～S5，獲得該角度位置的油溝半徑R₂；驅(qū)動轉(zhuǎn)臺3帶動待檢測軸承10持續(xù)一周，連續(xù)獲得多個角度位置的油溝半徑R_i(i＝1，2，…，m)；

S7：取所有角度位置的擬合圓半徑的算術(shù)平均值作為油溝半徑R的最終測量結(jié)果，即：R＝(R₁+R₂+…+R_m)/m。

本發(fā)明的軸承內(nèi)圈油溝自動測量系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)實現(xiàn)油溝輪廓尺寸的非接觸自動測量，無需人工參與，不僅探測效率大幅度提高，而且可以最大限度地回避人工因素的干擾，自動測量方法依據(jù)測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，精度高，周期短。

本實施例中，上述步驟S2還包括步驟S21～S22：S21：將步驟S1拍攝的兩幅圖像進(jìn)行差分處理，去除背景信息，獲得清晰的輪廓線；S22：對步驟S21差分圖像進(jìn)行濾波處理，去除噪聲點，得到一條單像素寬度的輪廓母線30。

本實施例中，上述步驟S1中，線激光發(fā)射器1發(fā)出的線激光束的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于油溝半徑，一般為油溝半徑的1/5以內(nèi)。例如，對于半徑為1.0mm的油溝而言，線激光束的寬度應(yīng)不超過0.2mm為宜。

本實施例中，上述步驟S1中，視覺探頭2的景深大于被測油溝在視覺探頭2光軸方向的投影長度，以便保證整個輪廓均能清晰成像。例如，對于半徑1.0mm的油溝，視覺探頭2與線激光發(fā)射器1的角度為45°，油溝輪廓在視覺探頭2光軸方向的投影長度約為1.4mm，因此景深應(yīng)不小于2mm。

本實施例中，上述步驟S1中，視覺探頭2與線激光發(fā)射器1光軸的夾角大于45°，以便獲得更高的輪廓測量精度。

本實施例中，視覺探頭采用工業(yè)級相機(jī)，其像素數(shù)應(yīng)該滿足測量精度的需求。上述步驟S1中，視覺探頭2采用高精度物方遠(yuǎn)心鏡頭，以便克服被測油溝輪廓高低不同產(chǎn)生的測量誤差，并且可以獲得更清晰的圖像質(zhì)量。線激光發(fā)射器1為藍(lán)光激光器，所發(fā)出的線激光為藍(lán)光或藍(lán)紫光，可以顯著提高輪廓母線的成像清晰度，從而提高測量精度。例如，線激光器的波長為450nm。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。