CN103115567B - 轮毂参数的在线测量方法 - Google Patents
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Abstract
轮毂参数的在线测量方法，涉及轮毂。1）采集到包括不同轮毂螺栓安装孔和部分中心孔的毂螺的局部图像，并记录每张局部图像采集前轮毂绕某一固定的旋转中心转过的角度；2）提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并计算每张图片上的中心孔中心；3）通过步骤2）提取出的中心孔中心拟合出旋转中心；4）按步骤1）记录的角度逆向旋转步骤2）提取出来的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓拼接出包括完整中心孔和所有螺栓安装孔的轮毂轮廓图；5）从轮毂轮廓图中计算轮毂中心孔直径、螺栓安装孔的节圆直径、螺栓安装孔的最大位置度及直径、轮毂中心孔中心与螺栓安装孔节圆中心之间的偏心距及偏心方向角。提高测量精度，算法简单、运算速度快。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂，尤其是涉及一种轮毂参数的在线测量方法。
背景技术
考虑到驾驶的安全性、舒适性以及汽车轮毂装配的效率性，对汽车轮毂高的制造要求被提取出来了。而轮毂的偏心距、偏心方向角、中心孔直径、节圆直径、螺栓安装孔的最大位置度及直径等都是评价轮毂质量的重要参数。
目前，厂家多采用PCD测量盘、PCD量规，要求较高的用三坐标测量仪来测量上述参数。但是PCD测量盘和PCD量规测量精度不高，而三坐标测量仪价格昂贵并且对操作人员要求很高。
周长明在2007年的硕士毕业论文《基于CCD的轮毂安装孔形位参数测量》上，先通过对轮毂中心孔和所有螺栓安装孔进行成像，再使用图像处理技术计算轮毂螺栓安装孔的圆心坐标和半径，该方法测量参数有限，精度不高。余红娟等2008年发表在《科技通报》上论文《数字图像处理技术在铝轮毂PCD值检测中的应用》，通过对轮毂中心孔和所有螺栓安装孔进行成像，最后通过图像处理技术计算轮毂的节圆直径，各孔到轮轴中心的半径等等。该方法测量参数同样有限，精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮毂参数的在线测量方法。
本发明包括以下步骤：
1）采集到包括不同轮毂螺栓安装孔和部分中心孔的毂螺的局部图像，并记录每张局部图像采集前轮毂绕某一固定的旋转中心转过的角度；
2）提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并计算每张图片上的中心孔中心；
3）通过步骤2）提取出的中心孔中心拟合出旋转中心；
4）按照步骤1）记录的角度逆向旋转步骤2）提取出来的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓拼接出包括完整中心孔和所有螺栓安装孔的轮毂轮廓图；
5）从轮毂轮廓图中计算轮毂中心孔直径、螺栓安装孔的节圆直径、螺栓安装孔的最大位置度及直径、轮毂中心孔中心与螺栓安装孔节圆中心之间的偏心距及偏心方向角。
在步骤1）中，所述轮毂的局部图像是通过轮毂绕某一固定的旋转中心转过一定角度后采集得到。
在步骤2）中，所述提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并计算每张图片上的中心孔中心的方法，可采用边缘提取的方法提取每张局部图像中的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并用圆拟合的方法计算出每张局部图像中的中心孔中心。
在步骤3）中，所述通过步骤2）提取出的中心孔中心拟合出旋转中心的方法，可通过对所有局部图像的中心孔中心进行圆拟合后得到的拟合圆的中心，即旋转中心。
在步骤4）中，所述拼接出包括完整中心孔和所有螺栓安装孔的轮毂轮廓图的方法，可通过围绕着步骤3）中的旋转中心逆向旋转局部图像采集前轮毂转过的角度得到的。
在步骤5）中，轮毂偏心距和偏心方向角的计算步骤可为：
（1）把轮毂轮廓图中的多段中孔轮廓连接成一段完整的中孔轮廓，再对这一段完整的中孔轮廓进行圆拟合，求中孔中心；
（2）用圆拟合的方法拟合螺栓安装孔轮廓计算出螺栓安装孔的中心，再用螺栓安装孔的中心拟合出节圆中心；
（3）计算中孔中心与节圆中心之间的距离，即偏心距；计算由中孔中心指向节圆中心的向量与水平方向的夹角，即为偏心方向角。
在步骤5）中，螺栓安装孔的最大位置度的计算步骤可为：
（1）以中心孔中心M为圆心，节圆半径为半径作圆，记为理想圆，计算出所有螺栓安装孔的中心，按顺时针方向进行排序，记为P1，P2，P3…PN，任选一个螺栓安装孔；
（2）求由中孔中心到螺栓安装孔中心的射线与理想圆的交点，记为第1个理想点A1；
（3）围绕着中心孔中心M连续顺时针旋转A1点N-1次（N为螺栓安装孔的个数），每次旋转的角度为360/N,得到其他的N-1个理想点A2，A3…AN；
（4）依次计算螺栓安装孔中心P1,P2，P3…PN与A1A2，A3…AN之间的距离，记为s1,s2,…sN；
（5）计算调整角δ=（max（s1,s2,…sN）+min（s1,s2,…sN））/（2*节圆半径）,再把所有的螺栓安装孔绕中心孔中心顺时针旋转δ度，依次计算此时的螺栓安装孔的中心与理想点之间的距离的最大值，记为d1；
（6）依次选择其他N-1个螺栓安装孔，执行（2）～(5)步，分别求出d2，d3，…dN,螺栓安装孔的最大位置度=min（d1，d2，d3…dN）。
本发明通过把小视野高分辨力的摄像机采集到局部图像拼接成轮毂模型图，再用从轮毂模型图中提取出的信息来计算轮毂参数，提高了测量精度。与此同时，本发明具有算法简单、运算速度快等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
图2为局部轮毂图像、局部轮毂图像中的中孔轮毂及螺栓安装孔轮廓。
图3为完整轮毂轮廓图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细地实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
以测量含有5个螺栓安装孔的轮毂参数作为本发明的一个实施例，所述方法的流程如图1所示，本实施例具体实施步骤如下：
1）采集到5张包括单个轮毂螺栓安装孔和部分中心孔的局部图像，如图2（a）所示，并记录每张局部图像采集前轮毂绕某一固定的旋转中心转过的角度。
2）用亚像素阈值分割算子提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，如图2（b）所示，并用Hough变换算子计算每张图片上的中心孔中心。
3）通过步骤2）提取出的中心孔中心进行圆拟合计算出旋转中心。
4）用仿射变换算子逆向旋转步骤2）提取出来的中心孔A轮廓和螺栓安装孔B轮廓拼接出包括完整中心孔A和所有螺栓安装孔B的轮毂模型图，如图3所示。
5）从轮毂模型图中计算轮毂中心孔直径、螺栓安装孔的节圆直径、螺栓安装孔的最大位置度及直径、轮毂中心孔中心与螺栓安装孔节圆中心之间的偏心距及偏心方向角。
在步骤5）中，轮毂偏心距和偏心方向角的计算步骤如下：
（1）用圆度特征选出轮毂模型图中的螺栓安装孔轮廓，并用圆拟合的方法计算出螺栓安装孔的中心。
（2）对步骤（1）中的计算出的螺栓安装孔的中心进行圆拟合求节圆圆心。
（3）把轮毂模型图中的多段中孔轮廓先填充成区域，在对这些区域进行合并，最后求这个合并区域的外轮廓，即为中孔轮廓。再对这一段完整的中孔轮廓进行圆拟合，求中孔中心。
（4）计算中孔中心与节圆中心之间的距离，即偏心距；计算由中孔中心指向节圆中心的向量与水平方向的夹角，即为偏心方向角。
在步骤5）中，螺栓安装孔的最大位置度的计算步骤如下：
（1）以中心孔中心M为圆心，节圆半径为半径作圆，记为理想圆，计算出所有螺栓安装孔的中心，按顺时针方向进行排序，记为P1,P2,…P5，任选一个螺栓安装孔；
（2）求由中孔中心到螺栓安装孔中心的射线与理想圆的交点，记为第1个理想点A1；
（3）围绕着中心孔中心M连续顺时针旋转A1点4次，每次旋转的角度为72度,得到其他的4个理想点A2，A3…A5；
（4）依次计算螺栓安装孔中心P1,P2，…P5与A1A2,…A5之间的距离，记为s1,s2,…s5；
（5）计算调整角δ=（max（s1,s2,…s5）+min（s1,s2,…s5））/（2*节圆半径）；
（6）依次选择其他4个螺栓安装孔，执行步骤2～5，分别求出d2，d3，…d5,螺栓安装孔的最大位置度=min（d1，d2,…d5）。
Claims (5)
1.轮毂参数的在线测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1)采集到包括不同轮毂螺栓安装孔和部分中心孔的毂螺的局部图像，并记录每张局部图像采集前轮毂绕某一固定的旋转中心转过的角度；
2)提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并计算每张图片上的中心孔中心；
3)通过步骤2)提取出的中心孔中心拟合出旋转中心；所述通过步骤2)提取出的中心孔中心拟合出旋转中心的方法，是通过对所有局部图像的中心孔中心进行圆拟合后得到的拟合圆的中心，即旋转中心；
4)按照步骤1)记录的角度逆向旋转步骤2)提取出来的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓拼接出包括完整中心孔和所有螺栓安装孔的轮毂轮廓图；所述拼接出包括完整中心孔和所有螺栓安装孔的轮毂轮廓图的方法，是通过围绕着步骤3)中的旋转中心逆向旋转局部图像采集前轮毂转过的角度得到的；
5)从轮毂轮廓图中计算轮毂中心孔直径、螺栓安装孔的节圆直径、螺栓安装孔的最大位置度及直径、轮毂中心孔中心与螺栓安装孔节圆中心之间的偏心距及偏心方向角。
2.如权利要求1所述的轮毂参数的在线测量方法，其特征在于在步骤1)中，所述轮毂的局部图像是通过轮毂绕某一固定的旋转中心转过一定角度后采集得到。
3.如权利要求1所述的轮毂参数的在线测量方法，其特征在于在步骤2)中，所述提取每张局部图像上的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并计算每张图片上的中心孔中心的方法，采用边缘提取的方法提取每张局部图像中的中心孔轮廓和螺栓安装孔轮廓，并用圆拟合的方法计算出每张局部图像中的中心孔中心。
4.如权利要求1所述的轮毂参数的在线测量方法，其特征在于在步骤5)中，轮毂偏心距和偏心方向角的计算步骤为：
(1)把轮毂轮廓图中的多段中孔轮廓连接成一段完整的中孔轮廓，再对这一段完整的中孔轮廓进行圆拟合，求中孔中心；
(2)用圆拟合的方法拟合螺栓安装孔轮廓计算出螺栓安装孔的中心，再用螺栓安装孔的中心拟合出节圆中心；
(3)计算中孔中心与节圆中心之间的距离，即偏心距；计算由中孔中心指向节圆中心的向量与水平方向的夹角，即为偏心方向角。
5.如权利要求1所述的轮毂参数的在线测量方法，其特征在于在步骤5)中，螺栓安装孔的最大位置度的计算步骤为：
(1)以中心孔中心M为圆心，节圆半径为半径作圆，记为理想圆，计算出所有螺栓安装孔的中心，按顺时针方向进行排序，记为P1，P2，P3…PN，任选一个螺栓安装孔；
(2)求由中孔中心到螺栓安装孔中心的射线与理想圆的交点，记为第1个理想点A1；
(3)围绕着中心孔中心M连续顺时针旋转A1点N-1次，每次旋转的角度为360/N,得到其他的N-1个理想点A2，A3…AN，其中N为螺栓安装孔的个数；
(4)依次计算螺栓安装孔中心P1，P2，P3…PN与A1A2，A3…AN之间的距离，记为s1,s2,…sN；
(5)计算调整角δ＝(max(s1,s2,…sN)+min(s1,s2,…sN))/(2*节圆半径)，再把所有的螺栓安装孔绕中心孔中心顺时针旋转δ度，依次计算此时的螺栓安装孔的中心与理想点之间的距离的最大值，记为d1；
(6)依次选择其他N-1个螺栓安装孔，执行(2)～(5)步，分别求出d2，d3，…dN,螺栓安装孔的最大位置度＝min(d1，d2，d3…dN)。
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