CN110954009A - 轮毂端面变形检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂端面变形检测方法及其装置，其涉及车辆检测技术领域，包括：将轮毂旋转至少一周，并测量轮毂的外端面以获取M组三维坐标数据，M组为多个，每一组数据包括N个数据，其中，垂直于轮毂侧面的Z轴坐标由激光测量装置测出；在N个数据中依次选取选取P个数据作为一组得到N‑P+1组数据，P小于等于N，对N‑P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线；对构成直线斜率最小的直线的组的数据进行求平均值，从而作为该组三维坐标数据中Z轴的数值；等等。本申请能够通过激光测量的轮毂端面的大量数据得到准确的可信度较高的轮毂端面变形量。

Description

轮毂端面变形检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及车辆检测技术领域，特别涉及一种轮毂端面变形检测方法及其装置。

背景技术

汽车轮毂属于车轮的重要组成部分，其安全性能、机械特性对汽车安全运行有着重要的影响，因此，对汽车轮毂端面变形进行检测有着重要的意义。目前，测量汽车轮毂采用的方法大多为接触式的千分表直接测量，此种检测方式测试速度慢、测试精度低、难以满足产线的生产需求。目前也有采用激光测距对汽车轮毂端面变形进行检测，但是由于激光测距是测的汽车轮毂端面上某一点的距离，汽车轮毂端面上的某一点可能存在微小的凸起或凹进孔洞等，但其并未真造成汽车轮毂端面的变形。因此这些点并不能准确真实反应汽车轮毂端面某一点处的变形情况，只是因为一些特殊原因导致某些点处相对周围端面凸起或凹进，如果直接通过获取的包括上述情况下的点的距离去最终计算汽车轮毂端面的变形量，那么得到的变形量的可信度和准确性可能偏低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种轮毂端面变形检测方法及其装置，其能够通过激光测量的轮毂端面的大量数据得到准确的可信度较高的轮毂端面变形量。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种轮毂端面变形检测方法，所述轮毂端面变形检测方法包括：

将轮毂旋转至少一周，并测量所述轮毂的外端面以获取M组三维坐标数据，M组为多个，每一组数据包括N个数据，其中，垂直于所述轮毂侧面的Z轴坐标由激光测量装置测出；

在N个数据中依次选取选取P个数据作为一组得到N-P+1组数据，P小于等于N，对N-P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线；

对构成直线斜率最小的直线的组的数据进行求平均值，从而作为该组三维坐标数据中Z轴的数值；

在M组三维坐标数据中选取所述轮毂一周下的Q组三维坐标数据中Z轴数值，Q小于等于M，对Q组三维坐标数据中的Z轴数值进行拟合得到平面方程；

分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离，从中找出最大距离dmax和最小距离dmin；

根据所述最大距离dmax和所述最小距离dmin计算得到端面变形量。

优选地，在步骤对N-P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线中，对N-P+1组数据中每一组内的数据采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程，再选择拟合直线方程中斜率最小的直线。

优选地，对N-P+1组数据中每一组内的数据采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程的过程如下：

设拟合直线方程为：y＝ax+b，(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n),其中，x₁至x_n表示第几个数据，y₁至y_n表示数据中Z轴的数值；

(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n)的平方偏差和为：

再分别对a、b进行求导得到以下方程：

求解上述方程，从而得到a、b的具体数值，进而得到拟合直线方程。

优选地，在步骤在M组三维坐标数据中选取所述轮毂一周下的Q组三维坐标数据中的Z轴数值中，具如下：

所述轮毂外圈上设置有条形码，激光测量装置在轮毂旋转过程中进行数据测量的同时，通过条形码扫码器会对条码进行扫描；当条形码扫码器扫码时，此刻会记录下该条形码下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂的角度位置从M组三维坐标数据中选取一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值。

优选地，所述轮毂外圈沿周向方向上的预设长度上设置有多个条形码；在将轮毂旋转至少一周时，当条形码扫码器扫码结束时，此刻会记录下该条形码下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂的角度位置从条形码扫码器扫码结束时对应的位置从M组三维坐标数据中选取所述轮毂在上一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值。

优选地，在步骤对Q组三维坐标数据中的Z轴数值进行拟合得到平面方程中，对Q组三维坐标数据中的Z轴数值采用最小二乘法进行拟合得到平面方程。

优选地，对Q组三维坐标数据中的Z轴的数值采用最小二乘法进行拟合得到平面方程的具体过程如下：

设平面方程的表达式为：

Ax+By+Cz+D＝0,(C≠0)，A、B、C表示常数；

从而得到：

记

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

对于Q组三维坐标数据中的n个点(n>3,n＝Q)记为(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,n；使得

最小；

此时需要满足：

k＝0,1,2；

进而得到：

求解上述方程组得到a₀，a₁，a₂的具体数值，从而得到平面方程。

优选地，在步骤分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离中，分别将Q组三维坐标数据(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)...(x_n,y_n,z_n),n＝Q带入如下方程计算得到三维坐标数据中Z轴的数值到平面方程所表示的平面的距离d_i，

优选地，在步骤根据所述最大距离dmax和所述最小距离dmin计算得到端面变形量中，端面变形量等于最大距离dmax减去所述最小距离dmin。

一种轮毂端面变形检测装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述任一所述的轮毂端面变形检测方法。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中采用非接触式的激光测量装置对轮毂的外端面进行测量，从每组测量数据中选取若干数据进行直线拟合，找出所有拟合直线中斜率最小的拟合直线，并求出该拟合直线下的数据的平均值，以作为该组三维坐标数据中Z轴的数值，这样一来可以去除不能准确真实反应汽车轮毂端面某一点处的变形情况的三维坐标数据，后续求平均值得到的Q组每一组中三维坐标数据中Z轴数值反应的是某一处端面整体最为真实和准确的Z轴距离。Q组中所有的平均值包括了轮毂外端面一周下的每组三维坐标数据中Z轴的数值，对其进行平面拟合得到拟合平面，并计算出各数据到拟合平面的距离，最终利用到拟合平面的最大距离与最小距离的差值求得轮毂的外端面变形量，该种方法下得到的轮毂的外端面变形量比将直接通过激光测量装置测得的轮毂的外端面的三维坐标数据中Z轴的最大值和最小值相减得到的轮毂的外端面变形量更为真实可靠。本申请有效提高了检测效率以及测试精度，得到的端面变形量更为可靠，更接近于客观实际的端面变形量；同时整个检测过程稳定可靠，方便好用，效率极高。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中轮毂端面变形检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中线激光、条形码扫描器扫描轮毂的示意图；

图3为本发明实施例中数据选取示意图；

图4为本发明实施例中轮毂外端面测量数据拟合直线示意图；

图5为本发明实施例中轮毂外端面拟合平面示意图。

以上附图的附图标记：

1、轮毂；11、外端面；12、轮毂外圈；2、条形码；3、条形码扫码器；4、激光测量装置；5、拟合平面；6、Q组三维坐标数据中的Z轴数值。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够通过激光测量的轮毂端面的大量数据得到准确的可信度较高的轮毂端面变形量，在本申请中提出了一种轮毂端面变形检测方法，图1为本发明实施例中轮毂端面变形检测方法的流程图，如图1所示，所述轮毂端面变形检测方法可以包括：

S101：将轮毂1旋转至少一周，并测量所述轮毂1的外端面11以获取M组三维坐标数据，M组为多个，每一组数据包括N个数据，其中，垂直于所述轮毂1侧面的Z轴坐标由激光测量装置4测出。

在一种可行的实施方式中，图2为本发明实施例中线激光、条形码扫描器扫描轮毂的示意图，如图2所示，将轮毂1旋转至少一周，在转动过程中均匀的测量所述轮毂1的外端面11以获取M组三维坐标数据，每一组数据包括N个数据，每一组数据为某一处短距离下的数据。垂直于所述轮毂1侧面的Z轴坐标由激光测量装置4测出，如此可以保证测量的精度。当然，三维坐标数据中X、Y轴的坐标也可以通过激光测量装置4测出，或通过其它测量装置测得。例如，轮毂1的转动角度可以是450度，从而保证能够充分测量轮毂1的一周。在450度下可以获取M＝4500组三维坐标数据，每一度下依次获取10组。

在一种可行的实施方式中，轮毂1具有外端面11以及轮毂外圈12，在轮毂外圈12上可以设置有条形码2，激光测量装置4在轮毂1旋转过程中进行数据测量的同时，通过条形码扫码器3会对条码进行扫描。当条形码扫码器3扫码时，此刻会记录下该条形码2下电机编码器的所对应的位置，从而将获取的M组三维坐标数据与轮毂1的不同角度位置相对应。

S102：在N个数据中依次选取选取P个数据作为一组得到N-P+1组数据，P小于等于N，对N-P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线。

在本步骤中，在N个数据中依次选取选取P个数据作为一组得到N-P+1组数据，P小于等于N，对N-P+1组数据中每一组内的数据可以采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程，再选择拟合直线方程中斜率最小的直线。

对N-P+1组数据中每一组内的数据采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程的过程如下：

设拟合直线方程为：y＝ax+b，(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n),其中，x₁至x_n表示第几个数据，y₁至y_n表示数据中Z轴的数值；

(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n)的平方偏差和为：

再分别对a、b进行求导得到以下方程：

求解上述方程，从而得到a、b的具体数值，进而得到拟合直线方程。

例如，图3为本发明实施例中数据选取示意图，如图3所示，每一组三维坐标数据可以由Zi(i＝1…15)组成，将Z1至Z15数据依次选取6个数据作为一组，一共10组(L1…L10)，分别通过最小二乘法对每一组数据进行直线拟合得到10根拟合直线，图4为本发明实施例中轮毂外端面测量数据拟合直线示意图。如图4所示。然后再选取L1至L10中拟合直线斜率最小的直线。

S103：对构成直线斜率最小的直线的组的数据进行求平均值，从而作为该组三维坐标数据中Z轴的数值。

在一种具体的实施方式中，例如，将组成该直线的组中的6个数据中的Z轴坐标求平均值，该平均值就作为该组(15个数据组成的三维坐标数据)三维坐标系中Z轴的数值。

S104：在M组三维坐标数据中选取所述轮毂1一周下的Q组三维坐标数据中Z轴数值，Q小于等于M，对Q组三维坐标数据中的Z轴数值6进行拟合得到平面方程。

在本步骤中，当条形码2扫码器扫码时，此刻会记录下该条形码2下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂1的角度位置从M组三维坐标数据中选取一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值6。具体而言，当在450度下获取4500组三维坐标数据，每一度下依次获取10组时，Q可以为3600组数据，其刚好包括轮毂1的转动一周下的所有数据。

在一种可行的实施方式中，当条形码扫码器3扫码结束时，此刻会记录下该条形码2下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂1的角度位置从条形码扫码器3扫码结束时对应的位置从M组三维坐标数据中选取所述轮毂1在上一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值6。

在一种可行的实施方式中，图5为本发明实施例中轮毂外端面拟合平面示意图，如图5所示，对Q组三维坐标数据中的Z轴的数值采用最小二乘法进行拟合得到平面方程的具体过程如下：

设平面方程的表达式为：

Ax+By+Cz+D＝0,(C≠0)，A、B、C表示常数；

从而得到：

记

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

对于Q组三维坐标数据中的n个点(n>3,n＝Q)记为(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,n；使得

最小；

此时需要满足：

k＝0,1,2；

进而得到：

求解上述方程组得到a₀，a₁，a₂的具体数值，得到平面方程，如图5所示，拟合平面5即为平面方程所代表的平面。

S105：分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离，从中找出最大距离dmax和最小距离dmin。

在本步骤中，如图5所示，分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离中，分别将Q组三维坐标数据(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)...(x_n,y_n,z_n),n＝Q带入如下方程计算得到三维坐标数据中Z轴的数值到平面方程所表示的平面的距离d_i，

再从Q个d_i中得到最大距离dmax和最小距离dmin。

S106：根据所述最大距离dmax和所述最小距离dmin计算得到端面变形量。

在本步骤中，端面变形量等于最大距离dmax减去所述最小距离dmin。

在本申请中还提出了一种轮毂端面变形检测装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上述任一所述的轮毂端面变形检测方法。

本申请中采用非接触式的激光测量装置4对轮毂的外端面进行测量，从每组测量数据中选取若干数据进行直线拟合，找出所有拟合直线中斜率最小的拟合直线，并求出该拟合直线下的数据的平均值，以作为该组三维坐标数据中Z轴的数值，这样一来可以去除不能准确真实反应汽车轮毂端面某一点处的变形情况的三维坐标数据，后续求平均值得到的Q组每一组中三维坐标数据中Z轴数值反应的是某一处端面整体最为真实和准确的Z轴距离。Q组中所有的平均值包括了轮毂外端面一周下的每组三维坐标数据中Z轴的数值，对其进行平面拟合得到拟合平面5，并计算出各数据到拟合平面5的距离，最终利用到拟合平面5的最大距离与最小距离的差值求得轮毂的外端面变形量，该种方法下得到的轮毂的外端面变形量比将直接通过激光测量装置4测得的轮毂的外端面的三维坐标数据中Z轴的最大值和最小值相减得到的轮毂的外端面变形量更为真实可靠。本申请有效提高了检测效率以及测试精度，得到的端面变形量更为可靠，更接近于客观实际的端面变形量；同时整个检测过程稳定可靠，方便好用，效率极高。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮毂端面变形检测方法，其特征在于，所述轮毂端面变形检测方法包括：

将轮毂旋转至少一周，并测量所述轮毂的外端面以获取M组三维坐标数据，M组为多个，每一组数据包括N个数据，其中，垂直于所述轮毂侧面的Z轴坐标由激光测量装置测出；

在N个数据中依次选取选取P个数据作为一组得到N-P+1组数据，P小于等于N，对N-P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线；

对构成直线斜率最小的直线的组的数据进行求平均值，从而作为该组三维坐标数据中Z轴的数值；

在M组三维坐标数据中选取所述轮毂一周下的Q组三维坐标数据中Z轴数值，Q小于等于M，对Q组三维坐标数据中的Z轴数值进行拟合得到平面方程；

分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离，从中找出最大距离dmax和最小距离dmin；

根据所述最大距离dmax和所述最小距离dmin计算得到端面变形量。

2.根据权利要求1所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，在步骤对N-P+1组数据中每一组内的数据进行直线拟合从而得到直线斜率最小的直线中，对N-P+1组数据中每一组内的数据采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程，再选择拟合直线方程中斜率最小的直线。

3.根据权利要求2所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，对N-P+1组数据中每一组内的数据采用最小二乘法进行直线拟合得到拟合直线方程的过程如下：

设拟合直线方程为：y＝ax+b，(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n),其中，x₁至x_n表示第几个数据，y₁至y_n表示数据中Z轴的数值；

(x₁,y₁),(x₂,y₂)...(x_n,y_n)的平方偏差和为：

再分别对a、b进行求导得到以下方程：

求解上述方程，从而得到a、b的具体数值，进而得到拟合直线方程。

4.根据权利要求1所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，在步骤在M组三维坐标数据中选取所述轮毂一周下的Q组三维坐标数据中的Z轴数值中，具如下：

所述轮毂外圈上设置有条形码，激光测量装置在轮毂旋转过程中进行数据测量的同时，通过条形码扫码器会对条码进行扫描；当条形码扫码器扫码时，此刻会记录下该条形码下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂的角度位置从M组三维坐标数据中选取一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值。

5.根据权利要求4所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，所述轮毂外圈沿周向方向上的预设长度上设置有多个条形码；在将轮毂旋转至少一周时，当条形码扫码器扫码结束时，此刻会记录下该条形码下电机编码器的所对应的位置，根据三维坐标数据对应的轮毂的角度位置从条形码扫码器扫码结束时对应的位置从M组三维坐标数据中选取所述轮毂在上一周的Q组三维坐标数据中的Z轴数值。

6.根据权利要求1所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，在步骤对Q组三维坐标数据中的Z轴数值进行拟合得到平面方程中，对Q组三维坐标数据中的Z轴数值采用最小二乘法进行拟合得到平面方程。

7.根据权利要求6所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，对Q组三维坐标数据中的Z轴的数值采用最小二乘法进行拟合得到平面方程的具体过程如下：

设平面方程的表达式为：

Ax+By+Cz+D＝0,(C≠0)，A、B、C表示常数；

从而得到：

记

则z＝a₀x+a₁y+a₂；

对于Q组三维坐标数据中的n个点(n>3,n＝Q)记为(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,n；使得

最小；

此时需要满足：

进而得到：

求解上述方程组得到a₀，a₁，a₂的具体数值，从而得到平面方程。

8.根据权利要求7所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，在步骤分别计算Q组三维坐标数据中Z轴的数值在Z方向上到平面方程所表示的平面的距离中，分别将Q组三维坐标数据(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂)...(x_n,y_n,z_n),n＝Q带入如下方程计算得到三维坐标数据中Z轴的数值到平面方程所表示的平面的距离d_i，

9.根据权利要求1所述的轮毂端面变形检测方法，其特征在于，在步骤根据所述最大距离dmax和所述最小距离dmin计算得到端面变形量中，端面变形量等于最大距离dmax减去所述最小距离dmin。

10.一种轮毂端面变形检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如权利要求1至9中任一所述的轮毂端面变形检测方法。

Images