CN113704908B - 一种曲轴连杆颈数据的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲轴连杆颈数据的处理方法，包括：根据曲轴连杆颈测量过程中实际采样角度分布，建立真实采样角度分布函数；采用比较法将被测轴颈与校准件进行比较，从而确定被测轴颈的圆轮廓数据；根据采样角度实际分布情况计算每个采样角对应的权函数；将每个采样角对应的权函数与该角度对应的采集数据进行时域离散循环卷积计算，所有的循环卷积再求和获得滤波后有效的圆轮廓数据；该处理方法通过回转轴线的运动角速度以及测头的采样间隔时间获得的采样角分布来逐点求取滤波权函数，解决了现有的数据处理方法与采样数据实际分布不相符的问题，精确实现连杆颈圆轮廓数据的滤波。

Description

一种曲轴连杆颈数据的处理方法

技术领域

本发明涉及精密测量领域，主要涉及一种基于非等间隔采样的曲轴连杆颈数据处理方法。

背景技术

利用随动式曲轴轴颈同步测量方法检测曲轴时，曲轴绕主轴颈轴线旋转模拟工况，主轴颈测头不动，被动跟随主轴颈一周采集数据；连杆颈测量采用随动式测量结构，测头相对连杆颈旋转一周采集数据，通过两测量结构的结合实现曲轴主轴颈与连杆颈的同步测量。主轴颈做回转运动的同时，连杆颈做绕回转中心的圆周运动，连杆颈的伸缩测量机构跟随连杆颈的运动而摆动，而顶端的弹性块测头在连杆颈表面运动一周完成截面径向数据的采集。由于设计结构的原因，曲轴围绕回转中心是匀速旋转，连杆颈的随动测头相对于回转中心并非匀速运动，所以连杆颈测头采集到的连杆颈表面圆周轮廓数据是非等间隔的采样样本。因此，基于等间隔样本假设和频域傅立叶变换的方法已不适用，需根据每个样本具体采样角度的实际分布进行操作，加以离散高斯加权函数进行处理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供能够精确实现连杆颈圆轮廓数据的滤波的数据处理方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种曲轴连杆颈数据的处理方法，包括：

步骤1：根据曲轴连杆颈测量过程中实际采样角度分布，建立真实采样角度分布函数，为公式(1)所示：

式中，R为曲柄臂长度，L为测量导轨与主轴颈中心的距离，α为曲轴转过的角度，θ为曲轴连杆颈测头相对于回转中心的采样角度；

步骤2：采用比较法将被测曲轴连杆颈与校准件进行比较，从而确定被测曲轴连杆颈的圆轮廓数据；

步骤3：根据采样角度实际分布情况计算每个采样角对应的权函数，为公式(2)所示：

式中，n为采样点数，θ_i，θ_j表示不同的采样角度，Nc为截止波数，α为常数；exp表示以e为底的指数函数；

步骤4：将每个采样角对应的权函数与该角度对应的采集数据进行时域离散循环卷积计算，所有的循环卷积再求和获得滤波后有效曲轴连杆颈的圆轮廓数据。

作为优选的一种技术方案，所述步骤2具体通过公式(3)计算得出：

r＝r₀+Δd (3)

式中，r表示被测曲轴连杆颈的半径，r₀是校准件曲轴连杆颈半径，Δd是实际测量曲轴连杆颈时测头相对于校准件的位移量。

作为优选的一种技术方案，所述步骤3进一步包括：

在等间隔采样情况下，高斯低通滤波器用于工件表面纹理分析的权函数由公式(4)给出：

式中x是离开权函数对称中心的距离，λc是高斯低通滤波器的截止波长，α是常数；

用截止波数Nc代替截止波长λc，再将权函数进行离散化从而获得每个采样角对应的权函数。

作为优选的一种技术方案，所述步骤4进一步包括：

利用公式(5)对所述权函数进行归一化处理：

在空间域中采用离散循环卷积和的运算进行高斯滤波，利用公式(6)得到非等间隔高斯滤波后的数据：

式中，r(j)是原始轮廓数据，y(i)是经过非等间隔权函数过滤后的数据。

作为优选的一种技术方案，所述曲轴连杆颈真实采样角度分布函数是在曲轴连杆颈做偏心运动实验中获取的。

本发明相对于现有技术的有益效果是：该处理方法通过回转轴线的运动角速度以及测头的采样间隔时间获得的采样角分布来逐点求取滤波权函数，解决了现有的数据处理方法与采样数据实际分布不相符的问题，精确实现连杆颈圆轮廓数据的滤波。

附图说明

图1是本发明提供的一种曲轴连杆颈数据的处理方法的流程图；

图2和图3是夹角θ随主轴颈运动角α的函数图像；

图4是连杆颈的采样轮廓显示和非等间隔滤波后的轮廓显示图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，图1本发明提出的一种曲轴连杆颈数据的处理方法的流程图，本实施例提供一种曲轴连杆颈数据的处理方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据曲轴连杆颈测量过程中实际采样角度分布，建立真实采样角度分布函数，为公式(1)所示：

式中，R为曲柄臂长度，L为测量导轨与主轴颈中心的距离，α为曲轴转过的角度，θ为曲轴连杆颈测头相对于回转中心的采样角度。

参照图2，图2是夹角θ随主轴颈运动角α的函数图像，其中逆时针方向为正，顺时针方向为负，主轴颈旋转一周，α由0°到360°变化过程中，θ相对于曲柄臂的角度由-90°变化到270°。由此可知在主轴颈绕回转中心旋转一周的过程中，测头在被测连杆颈圆周表面扫描一周并采集连杆颈径向尺寸变化量。

由于设计结构的原因，曲轴围绕回转中心是匀速旋转，连杆颈的随动测头相对于回转中心并非匀速运动。发现夹角θ与主轴颈运动角α之间并非线性关系，对夹角θ求导，得到其角速度的关系曲线，如图3所示，发现测头在连杆颈圆周表面的运动并非匀速运动，导致采样间隔不相等，即采样角的分布在整个运动过程中是非等间隔的。

步骤2：采用比较法将被测轴颈与校准件进行比较，从而确定被测轴颈的圆轮廓数据；

通过校准件的标量加上测头的位移量，获取采集数据为公式(2)所示：

r＝r₀+Δd (2)

式中，r表示被测曲轴连杆颈的半径，r₀是校准件曲轴连杆颈半径，Δd是实际测量曲轴连杆颈时测头相对于校准件的位移量。

步骤3：等间隔采样情况下，高斯低通滤波器用于工件表面纹理分析的权函数可以由公式(3)给出：

式中x是离开权函数对称中心的距离，λc是高斯低通滤波器的截止波长，α是常数；exp表示以e为底的指数函数。

用截止波数Nc代替截止波长λc，再将权函数进行离散化。与等间隔采样相比，对于非等间隔的采样角度，高斯滤波的权函数由测量过程中连杆颈测头间隔的具体采样角决定，按照采样角度的实际分布，权函数是不同的，因此可以获得每个采样角对应的权函数。

根据采样角度实际分布情况计算每个采样角对应的权函数，为公式(4)所示：

式中，n为采样点数，θ_i，θ_j表示不同的采样角度，Nc为截止波数，α为常数。

步骤4：将每个采样角对应的权函数与该角度对应的采集数据进行时域离散循环卷积计算，所有的循环卷积再求和获得滤波后有效的圆轮廓数据。

对权函数进行归一化处理由公式(5)给出：

非等间隔情况下采集的样本使用角度信息计算滤波器的系数，还要与对应的幅度信息相乘，直接在空间域中采用离散循环卷积和的运算进行高斯滤波，得到非等间隔高斯滤波后的数据由公式(6)给出：

式中，r(j)是原始轮廓数据，y(i)是经过非等间隔权函数过滤后的数据。

图4所示为连杆颈的采样轮廓显示和非等间隔滤波后的轮廓显示。可以发现随着曲轴的回转运动，连杆颈上的采样点是先稀疏后密集再稀疏的过程。对非等间隔采样角度下测量到的数据进行重新排列，直接在空间域中采用不同高斯权函数进行高斯滤波，最大程度接近连杆颈圆轮廓，在保证轴颈同步测量的同时大大提高测量精度。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的曲曲轴连杆颈数据的处理方法的部分或全部步骤。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于实现处理曲轴连杆颈数据的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims (6)

1.一种曲轴连杆颈数据的处理方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据曲轴连杆颈测量过程中实际采样角度分布，建立真实采样角度分布函数，为公式(1)所示：

式中，R为曲柄臂长度，L为测量导轨与主轴颈中心的距离，α为曲轴转过的角度，θ为曲轴连杆颈测头相对于回转中心的采样角度；

步骤2：采用比较法将被曲轴连杆颈与校准件进行比较，从而确定被测曲轴连杆颈的圆轮廓数据；

步骤3：根据采样角度实际分布情况计算每个采样角对应的权函数，为公式(2)所示：

式中，n为采样点数，θ_i，θ_j表示不同的采样角度，Nc为截止波数，α为常数；exp表示以e为底的指数函数；

步骤4：将每个采样角对应的权函数与该角度对应的采集数据进行时域离散循环卷积计算，所有的循环卷积再求和获得滤波后有效的曲轴连杆颈的圆轮廓数据。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤2具体通过公式(3)计算得出：

r＝r₀+Δd (3)

式中，r表示被测曲轴连杆颈的半径，r₀是校准件曲轴连杆颈半径，Δd是实际测量曲轴连杆颈时测头相对于校准件的位移量。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：

在等间隔采样情况下，高斯低通滤波器用于工件表面纹理分析的权函数由公式(4)给出：

式中x是离开权函数对称中心的距离，λc是高斯低通滤波器的截止波长，α是常数；

用截止波数Nc代替截止波长λc，再将权函数进行离散化从而获得每个采样角对应的权函数。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：

利用公式(5)对所述权函数进行归一化处理：

在空间域中采用离散循环卷积和的运算进行高斯滤波，利用公式(6)得到非等间隔高斯滤波后的数据：

式中，r(j)是原始轮廓数据，y(i)是经过非等间隔权函数过滤后的数据。

5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述曲轴连杆颈真实采样角度分布函数是在曲轴连杆颈做偏心运动实验中获取的。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的一种曲轴连杆颈数据的处理方法的步骤。