CN111023985A - 一种离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法 - Google Patents

一种离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法，其特征在于：包括测量工作台，在所述测量工作台上设有带动离合器摩擦片转动的伺服旋转装置，在所述测量工作台上还设有安装用于检测离合器摩擦片上通孔和沉孔尺寸的面结构光3D传感器，所述面结构光3D传感器通过调整支架安装在所述测量工作台。本发明离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法，结构简单，检测精度高，效率高，具有较好的应用前景。

Description

一种离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法
技术领域
本发明属于汽车零件检测技术领域，更具体地说，涉及一种离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法。
背景技术
离合器摩擦片是影响离合器使用周期的核心部件，在汽车零部件产业中占有重要的地位，直接关系着汽车的安全性和人类的生命，因此离合器摩擦片尺寸的检测合格与否尤为重要。同时，现有的离合器摩擦片的通孔，沉孔测量直径和高度通常采用手动检测工具进行，成本高，人的主观性误差大，效率低，精度不高。而且现有摩擦片测量市场上，一般都是单个检测通孔，沉孔半径和高度，迫切需要一种新的测量设备，能够同时检测多个通孔、沉孔，提升效率。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单，检测精度高，效率高的离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种离合器摩擦片测量装置，其特征在于：包括测量工作台，在所述测量工作台上设有带动离合器摩擦片转动的伺服旋转装置，在所述测量工作台上还设有安装用于检测离合器摩擦片上通孔和沉孔尺寸的面结构光3D传感器，所述面结构光3D传感器通过调整支架安装在所述测量工作台。
为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：
所述伺服旋转装置上设有真空吸附平台。
所述伺服旋转装置中部设有夹紧定位所述离合器摩擦片的定心装置。
所述调整支架上设有调整装置，所述面结构光3D传感器安装在所述调整装置上。
所述调整装置包括连接在所述调节支架上的调节底板，所述调节底板上设有可沿水平方向移动调节的调节块，所述面结构光3D传感器连接在所述调节块上。
所述调节底板两侧设有侧安装块，所述两侧安装块之间设有导向柱，所述调节块两侧可滑动的穿过所述导向柱。
所述调节块中部设有与其螺纹连接的调节螺杆，所述调节螺杆的一端连接在所述调节块上，另一端穿过一侧的所述侧安装块，在穿出端设有调节手柄。
离合器摩擦片测量装置其数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)使用面结构光3D传感器采集离合器摩擦片点云数据；步骤2)对离合器摩擦片点云数据作处理，通过直通滤波只保留离合器摩擦片的表面，进行滤波消除噪声，进行边缘检测，获得边缘部分；进行聚类获得刹车片表面的圆，消除不是圆的部分，对圆进行拟合获得圆的直径，圆心；步骤3)根据直通滤波，获得沉孔部分，对沉孔的上表面进行边缘检测并且进行圆拟合，获得圆心；对沉孔的下表面进行平面拟合，获得平面方程；根据点到平面的距离公式，从而获得沉孔的高度。
步骤2)中，滤波消除噪声，其中滤波的方式是采用半径滤波，即在该半径R的范围内，点云的数量要达到设定的阈值thresh才会被保留，否则删除；边缘检测后，会存在多个部分，需要进行聚类，聚类需要设置一个半径R cluster,在该半径范围内，再设置聚类的点数范围[minNumbers,maxNumbers],在该半径和点数的范围内保留聚集成一个类物体，不在范围内则忽略；
步骤2)和步骤3)中，圆拟合采用最小二乘法的拟合。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法，结构简单，检测精度高，效率高，具有较好的应用前景。
附图说明
下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明摩擦片测量装置结构示意图；
图2为本发明调整装置结构示意图；
图3为本发明调整装置结构示意图；
图4为传感器采集离合器摩擦片点云数据示意图；
图5为半径滤波消除噪声示意图；
图6为半径滤波消除噪声示意图；
图7为聚类拟合获取圆示意图；
图8为沉孔拟合示意图；
图中标记为：1、测量工作台，2、伺服旋转装置，3、定心装置，4、真空吸附平台，5、调整装置，51、调节底板，52、侧安装块，53、导向柱，54、调节块，55、调节螺杆，56、调节手柄，6、面结构光3D传感器，7、离合器摩擦片，8、调整支架。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明这种离合器摩擦片测量装置，如图1所示，包括测量工作台1，在测量工作台1上设有带动离合器摩擦片7转动的伺服旋转装置2，在测量工作台1上还设有安装用于检测离合器摩擦片7上通孔和沉孔尺寸的面结构光3D传感器6，面结构光3D传感器6通过调整支架8安装在测量工作台1。本发明中测量工作台1是整个测量装置的承载机构，所有控制及执行机构都安装在测量工作台上。伺服旋转装置2安装在测量工作台1上，实现了离合器摩擦片7的定位及旋转运动，配合面结构光3D传感器6进行360°上的位置检测。本发明离合器摩擦片7测量装置，结构简单，检测精度高，效率高，可自动检测，适合产品的自动化生产。
本发明中，伺服旋转装置2上设有真空吸附平台4。伺服旋转装置2中部设有夹紧定位离合器摩擦片7的定心装置3。定心装置3安装在伺服旋转装置2上，用来对离合器摩擦片7进行定位，使产品和伺服旋转装置2同心，还使产品需要检测的部分出现在面结构光3D传感器6的视野范围内。真空吸附平台4安装在伺服旋转装置2上，当产品定位完成后，通过真空吸附把产品吸附在平台上，不仅防止旋转时产品移位，还能使产品紧贴在平台上，在测量沉孔台阶面到底面的高度时，为测量提供基准。
本发明中，如图2、3中所示，调整支架8上设有调整装置5，面结构光3D传感器6安装在调整装置5上。用来调整面结构光3D传感器6的位置，适应不同规格的离合器摩擦片7，确保离合器摩擦片7位于面结构光3D传感器6检测范围内，满足使用需求。
本发明中，如图3中所示，调整装置5包括连接在调节支架8上的调节底板51，调节底板51上设有可沿水平方向移动调节的调节块54，面结构光3D传感器6连接在调节块54上，可随调节块54移动。
本发明中，调节底板51两侧设有侧安装块52，两侧安装块52之间设有导向柱53，调节块54两侧可滑动的穿过导向柱53，导向柱53以控制调节块54的移动，确保稳定精确的调节过程。
本发明中，调节块54中部设有与其螺纹连接的调节螺杆55，调节螺杆55的一端连接在调节块54上，另一端穿过一侧的侧安装块52，在穿出端设有调节手柄56，以方便调节控制，转动调节手柄56，调节块54相对调节螺杆55移动，以控制面结构光3D传感器6相对下方离合器摩擦片7的位置，以更好的满足使用需求。
本发明离合器摩擦片测量装置其数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)使用面结构光3D传感器6采集离合器摩擦片点云数据；步骤2)对离合器摩擦片点云数据作处理，通过直通滤波只保留离合器摩擦片的表面，进行滤波消除噪声，进行边缘检测，获得边缘部分；进行聚类获得刹车片表面的圆，消除不是圆的部分，对圆进行拟合获得圆的直径，圆心；步骤3)根据直通滤波，获得沉孔部分，对沉孔的上表面进行边缘检测并且进行圆拟合，获得圆心；对沉孔的下表面进行平面拟合，获得平面方程；根据点到平面的距离公式，从而获得沉孔的高度。
步骤2)中，滤波消除噪声，其中滤波的方式是采用半径滤波，即在该半径R的范围内，点云的数量要达到设定的阈值thresh才会被保留，否则删除；边缘检测后，会存在多个部分，需要进行聚类，聚类需要设置一个半径R cluster,在该半径范围内，再设置聚类的点数范围[minNumbers,maxNumbers],在该半径和点数的范围内保留聚集成一个类物体，不在范围内则忽略；
步骤2)和步骤3)中，圆拟合采用最小二乘法的拟合
使用时，操作人员把离合器摩擦片7放入真空吸附平台4上，定心装置3动作，产品定位，确保产品需要检测的部分在面结构光3D传感器6的视野范围内。然后真空吸附平台4启动抽真空，通过真空吸附把产品吸附在平台上，伺服旋转装置2旋转，带动产品动作，配合面结构光3D传感器6进行360°的孔位三维点云数据采集。最后测量装置根据采集到的孔位三维点云数据，计算出通孔的直径大小，沉孔的大孔和小孔的直径大小，沉孔台阶面到底面的高度，及各孔位相对于圆心的位置。
本发明提供一种数据处理方法：
步骤1)、采集离合器摩擦片点云数据，如图4；
步骤2)、对离合器摩擦片点云数据作处理；通过直通滤波只保留离合器摩擦片的表面，进行半径滤波消除噪声，如图5、6所示；进行边缘检测，获得边缘部分，进行聚类获得刹车片表面的圆，消除不是圆的部分，对圆进行拟合获得圆的直径，圆心，如图7所示。
步骤3)、根据直通滤波，获得沉孔部分，对沉孔的上表面进行边缘检测并且进行圆拟合，获得圆心；对沉孔的下表面进行平面拟合，获得平面方程A*x+B*y+C*z+D＝0；根据点到平面的距离公式：
Figure BDA0002352748310000061
从而获得沉孔的高度，如图8。
具体的，步骤1)中，采集到点云数据，该数据是由N个数组[x,y,z]组成，其中x,y,z代表的是光心(0,0,0)到物体的X,Y,Z，3个方向的距离，根据X,Y,Z的3个方向距离，可以滤除背景部分。
步骤2)中，滤除背景后，还会有很多的噪声，需要进行滤波，滤波的方式是采用半径滤波,即在该半径R的范围内，点云的数量要达到设定的阈值thresh才会被保留，否则删除，示意图如图5所示。
步骤2)中，边缘检测后，会存在多个部分，需要进行聚类。聚类需要设置一个半径R_cluster,在该半径范围内，再设置聚类的点数范围[minNumbers,maxNumbers],在该半径和点数的范围内保留聚集成一个类物体，不在范围内则忽略。最终会得到需要拟合的几个圆的部分。
圆拟合(2D圆可以推广到3D圆)，采用最小二乘法的拟合，已经知道圆的模型(x-A)2+(y-B)2＝R2,改变其形式为：
a＝-2*A
b＝-2*B
R2＝x2-2*A*x+y2-2*B*y+B2,令c＝A2+B2-R2,可以得到圆曲线：x2+y2+a*x+b*y+c＝0，此时，
Figure BDA0002352748310000071
采集到的点云样本集(Xi，Yi，Zi)i∈(1,2,.....N)的点到圆心的距离Distancei 2＝(Xi-A)2+(Yi-B)2，最终使得点(Xi,Yi)到检测的边缘点的距离平方和半径的差为：
δi＝Distancei 2-R2＝(Xi-A)2+(Yi-B)2-R2＝Xi 2+Yi 2+a*Xi+b*Yi+c
令
Figure BDA0002352748310000072
求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值最小，从而求出圆心，半径。
客户的要求是测量误差在正负0.1毫米，而采用本3D测量方案的极差误差在0.06间波动(连续采集100帧数据测量所得)。
在进行边缘检测时尽量将杂点去掉，使边缘更光滑，对光滑的点进行圆拟合，得到精确的圆心，再计算圆心到沉孔底面的平面距离，作为高度。或者用边缘光滑的点计算到沉孔地面的平面距离，获得其平均距离作为高度。
本发明中，随着三维技术的发展，可以通过面结构光来获取离合器摩擦片的3维点云数据，通过视觉算法处理摩擦片点云数据，从而获得高精度的数据，解放人力，提高效率。为了解决测量通孔，沉孔孔径和高度的问题，提出了一种离合器摩擦片安装通孔及沉孔尺寸和位置测量方法，无需人工测量，即可获得通孔，沉孔的直径和高度，同时，可以一次性检测多个通孔、沉孔。
本发明离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法，引入三维点云视觉来测量离合器摩擦片的通孔，沉孔直径和沉孔台阶面到底面高度，能够解决手工利用游标卡尺、深度尺测量通孔，沉孔的直径和高度，自动化测量直径，高度；自动确定通孔，沉孔位置，解决人工确定通孔，沉孔位置，测量相关尺寸；拥有真空吸紧装置，可以有效的减小离合器摩擦片与平面缝隙，提高测量高度的精确性；拥有旋转结构，可以解决工位错位问题；一次性检测多个通孔、沉孔直径和高度，解决了对通孔、沉孔单个检测直径，高度问题。
本发明离合器摩擦片测量装置及其数据处理方法，结构简单，检测精度高，效率高，具有较好的应用前景。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种离合器摩擦片测量装置，其特征在于：包括测量工作台，在所述测量工作台上设有带动离合器摩擦片转动的伺服旋转装置，在所述测量工作台上还设有安装用于检测离合器摩擦片上通孔和沉孔尺寸的面结构光3D传感器，所述面结构光3D传感器通过调整支架安装在所述测量工作台。
2.按照权利要求1所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述伺服旋转装置上设有真空吸附平台。
3.按照权利要求2所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述伺服旋转装置中部设有夹紧定位所述离合器摩擦片的定心装置。
4.按照权利要求1至3任一项所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述调整支架上设有调整装置，所述面结构光3D传感器安装在所述调整装置上。
5.按照权利要求4所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述调整装置包括连接在所述调节支架上的调节底板，所述调节底板上设有可沿水平方向移动调节的调节块，所述面结构光3D传感器连接在所述调节块上。
6.按照权利要求5所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述调节底板两侧设有侧安装块，所述两侧安装块之间设有导向柱，所述调节块两侧可滑动的穿过所述导向柱。
7.按照权利要求6所述的离合器摩擦片测量装置，其特征在于：所述调节块中部设有与其螺纹连接的调节螺杆，所述调节螺杆的一端连接在所述调节块上，另一端穿过一侧的所述侧安装块，在穿出端设有调节手柄。
8.按照权利要求1至7任一项所述的离合器摩擦片测量装置其数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)使用面结构光3D传感器采集离合器摩擦片点云数据；步骤2)对离合器摩擦片点云数据作处理，通过直通滤波只保留离合器摩擦片的表面，进行滤波消除噪声，进行边缘检测，获得边缘部分；进行聚类获得刹车片表面的圆，消除不是圆的部分，对圆进行拟合获得圆的直径，圆心；步骤3)根据直通滤波，获得沉孔部分，对沉孔的上表面进行边缘检测并且进行圆拟合，获得圆心；对沉孔的下表面进行平面拟合，获得平面方程；根据点到平面的距离公式，从而获得沉孔的高度。
9.按照权利要求8所述的离合器摩擦片测量装置其数据处理方法，其特征在于：步骤2)中，滤波消除噪声，其中滤波的方式是采用半径滤波，即在该半径R的范围内，点云的数量要达到设定的阈值thresh才会被保留，否则删除；边缘检测后，会存在多个部分，需要进行聚类，聚类需要设置一个半径R cluster,在该半径范围内，再设置聚类的点数范围[minNumbers,maxNumbers],在该半径和点数的范围内保留聚集成一个类物体，不在范围内则忽略。
10.按照权利要求9所述的离合器摩擦片测量装置其数据处理方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)中，圆拟合采用最小二乘法的拟合。
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CN115493523A (zh) * 2022-11-21 2022-12-20 三代光学科技（天津）有限公司 一种晶圆表面三维形貌高速测量方法及装置

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