CN115711593A

CN115711593A - 用于零件装配的孔对中检测方法、装置及存储介质

Info

Publication number: CN115711593A
Application number: CN202211284342.1A
Authority: CN
Inventors: 王鑫; 蒋科
Original assignee: Beijing Machinery Equipment Research Institute
Current assignee: Beijing Machinery Equipment Research Institute
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2023-02-24

Abstract

本发明公开用于零件装配的孔对中检测方法、装置及存储介质，该检测方法包括如下步骤对接收到的数据信息进行高斯滤波处理后得到椭圆图像，根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到第一标准圆方程；对接收的数据信息进行高斯滤波处理后得到不规则图像曲线，选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到第二标准圆方程。通过第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度。本发明适于狭小空间对中检测，对中操作简便，对中精度不受操作人员影响。

Description

用于零件装配的孔对中检测方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及孔对中装配技术领域，特别涉及一种用于零件装配的孔对中检测方法、装置及存储介质。

背景技术

回转类特征产品对中是机械产品装配中常见的场景，如轴孔对中、轴轴对中、孔孔对中等，目前有成熟的激光对中仪等设备来保证两轴对接时的对中度，但激光对中仪体积较大，价格昂贵，不适于在狭小空间下孔对中度检测。此外，现有的孔对中方法在进行对中操作之前还需要对激光对中仪的激光发生装置和激光接收装置的位置进行校准，对中操作较为复杂，且操作人员的经验会影响对中操作所需时间和精度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适于狭小空间对中检测，对中操作简便，对中精度不受操作人员影响的孔对中检测方法。

本发明的目的还在于提供一种执行上述孔对中方法的对中检测装置。

本发明的目的还在于提供一种存储上述孔对中方法的存储介质。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种用于零件装配的孔对中检测方法，利用激光发生装置、激光接收装置和数据处理单元，该孔对中方法包括如下步骤：

通过所述激光发生装置向第一待装件的安装孔发射激光，激光透过安装孔被所述激光接收装置接收，通过所述激光接收装置将接收到的数据信息传送至所述数据处理单元；

所述数据处理单元对接收到的数据信息进行高斯滤波处理后得到椭圆图像，根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第一标准圆方程；

将第二待装件移动至第一待装件的安装孔处，通过所述激光发射装置发射激光，激光透过第一待装件和第二待装件被所述激光接收装置接收，通过所述激光接收装置将接收到的数据信息传送至所述数据处理单元；

所述数据处理单元对接收的数据信息进行高斯滤波处理后得到不规则图像曲线，选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第二标准圆方程；

通过第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度。

进一步，根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程包括：

通过椭圆图像的椭圆边界点数据确定在边界点上距离最远的两个点；

边界点上距离最远的两个点连线确定图像坐标系下的x1轴以及椭圆的长轴长度；

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O；

通过经过椭圆的中心点O及垂直于椭圆长轴的坐标轴确定图像坐标系下的Y1轴以及椭圆的短轴长度；

根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O构建图像坐标下的椭圆方程。

进一步，选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程包括：

在不规则图像曲线的边界点数据中选取任意五个点的数据，确定椭圆的标准方程；

根据椭圆的标准方程中最远的两个点连线确定图像坐标下的X1轴以及椭圆的长轴长度；

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O1；

通过经过椭圆的中心点O1及垂直于椭圆长轴的坐标轴确定图像坐标系下的Y1轴以及椭圆的短轴长度；

根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O1构建图像坐标下的椭圆方程。

本发明的第二方面提供一种用于零件装配的孔对中检测装置，包括：

第一图像处理模块，用于对接收到的数据信息进行高斯滤波处理后得到椭圆图像；

第一构建模块，用于根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第一标准圆方程；

第二图像处理模块，用于对接收的数据信息进行高斯滤波处理后得到不规则图像曲线；

第二构建模块，用于选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第二标准圆方程；

检测模块，用于通过第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度。

进一步，所述第一构建模块包括：

第一确定子模块，用于通过椭圆图像的椭圆边界点数据确定在边界点上距离最远的两个点；

第二确定子模块，用于将边界点上距离最远的两个点连线确定图像坐标系下的x1轴以及椭圆的长轴长度；

第三确定子模块，用于通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O；

第四确定子模块，用于通过经过椭圆的中心点O及垂直于椭圆长轴的坐标轴确定图像坐标系下的Y1轴以及椭圆的短轴长度；

建立子模块，用于根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O构建图像坐标下的椭圆方程。

进一步，所述第二构建模块包括：

第一确定子模块，用于在不规则图像曲线的边界点数据中选取任意五个点的数据，确定椭圆的标准方程；

第二确定子模块，根据椭圆的标准方程中最远的两个点连线确定图像坐标下的X1轴以及椭圆的长轴长度；

第三确定子模块，用于通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O1

第四确定子模块，用于通过经过椭圆的中心点O1及垂直于椭圆长轴的坐标轴确定图像坐标系下的Y1轴以及椭圆的短轴长度；

建立子模块，用于根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O1构建图像坐标下的椭圆方程。

本发明的第三方面提供一种用于零件装配的孔对中检测装置，所述孔对中检测装置包括包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现第一方面所述的孔对中检测方法。

本发明的第四方面提供一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如第一方面所述的孔对中检测方法。

本发明的孔对中检测方法无需对激光发生装置和接收装置的放置位置进行校准，操作人员仅需要移动待装件的位置就可以对两待装件的对中度进行检测，简化了孔对中的操作步骤。并且孔对中度可通过数据处理单元进行数据处理直接得出既保证了孔对中精度，又避免了人为因素影响。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的孔对中检测系统的示意图；

图2为本发明一实施例的孔对中检测方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例的图像坐标系下椭圆图像和正投影坐标系下圆图像的示意图；

图4为本发明一实施例的利用不规则曲线拟合的图像坐标系下椭圆图像的示意图；

图5为本发明一实施例的图像坐标下第一待装件椭圆图像和第二待装件椭圆图像示意图；

图6为本发明的第一待装件和第二待装件的对中度示意图；

图7为本发明一实施例的孔对中检测装置的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

如图1所示，本发明的孔对中检测方法利用图中的检测系统，该检测系统包括激光发生装置1、激光接收装置2和数据处理单元，数据处理单元和激光接收装置2连接，接收激光接收装置的数据信息。本实施例中检测系统可以检测图中支耳3与摇臂4之间的孔对中度。支耳3与摇臂4之间通常通过回转轴连接形成转动副，在实际生产中，两个产品孔孔对中后，通常插入回转轴来固定相对位置，当轴孔间隙配合较小时，对两孔的对中度要求很高，生产人员在实际操作时，常通过用手摸的方法，感受两孔的对中情况，安全风险极大，本发明采用非接触的孔对中度检测方法。为了便于支耳与摇臂之间装配，支耳与摇臂上孔半径的公称尺寸相等均为r。由于支耳3与摇臂4沿回转轴轴向的余量通常很小，故支耳3及摇臂4的回转孔轴线基本保持平行，这是区别于其他回转体对中过程的明显特征，在孔对中过程中无需再判断两孔轴线间的平行度。

如图2所示，本发明提供一种用于零件装配的孔对中检测方法，利用上述图1中激光发生装置、激光接收装置和数据处理单元，该孔对中方法包括如下步骤：

步骤S200：通过所述激光发生装置向第一待装件的安装孔发射激光，激光透过安装孔被所述激光接收装置接收，通过所述激光接收装置将接收到的数据信息传送至所述数据处理单元。

步骤S210：所述数据处理单元对接收到的数据信息进行高斯滤波处理后得到椭圆图像，根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第一标准圆方程。本实施例中第一待装件例如为图1中支耳，数据处理单元经过数据处理得到的椭圆图像和标准圆图像参见图3。

步骤S220：将第二待装件移动至第一待装件的安装孔处，通过所述激光发射装置发射激光，激光透过第一待装件和第二待装件被所述激光接收装置接收，通过所述激光接收装置将接收到的数据信息传送至所述数据处理单元。本实施例中第二待装件例如为图1中摇臂，数据处理单元经过数据处理得到的椭圆图像和标准圆图像参见图4。

步骤S230：所述数据处理单元对接收的数据信息进行高斯滤波处理后得到不规则图像曲线，选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第二标准圆方程。

步骤S240：通过第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度。

步骤S210中根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程具体包括：

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O；

根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O构建图像坐标下的椭圆方程。由于椭圆的短轴长度为第一待装件上投影孔的直径，椭圆长轴长度为a，椭圆短轴长度为2r。以其中心及长短轴构建坐标系O-X1Y1，椭圆方程为

以激光光柱照射方向为z轴，则在正投影坐标系下激光光柱的投影图像为标准圆，表达式为：

图像坐标系转换为正投影坐标系O-xyz中可表示为：

sinθ.y+cosθ.z＝0 ②

θ为激光接收装置的接收面偏转角度。

由①、②式可知，在坐标系O-xyz中，光柱在B面上的投影可表达为：

则可通过坐标变换，得到任一点在坐标系O-xyz与O-x’y’z’中的坐标：

通过变换，可知③式在坐标系O-x’y’z’中的表示为：

由④式可知，激光光柱在图像坐标系下的投影为一椭圆，其长轴长度a＝r/cosθ,短轴长度b＝r，图像坐标系下椭圆的中心O与正投影坐标系下的投影标准圆圆心O重合。对O-XY进行坐标变换

得到O-X’Y’，新坐标系下，投影即为标准圆O1，新坐标系下，投影即为标准圆O1。本发明通过投影坐标变换将激光接收装置得到的图像坐标系下的椭圆图像转换为正投影坐标系下的标准圆图像，即使激光接收装置与激光发生装置发出的激光之间存在偏转角度也可以经过上述处理避免激光接收装置与激光发生装置的设置位置对对中度检测的影响。因此，本发明在对中操作之前无需进行激光发生装置与激光接收装置之间的设置位置校准操作，简化了对中检测的操作步骤。

步骤S230中选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程具体包括：

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O2；

通过经过椭圆的中心点O2及垂直于椭圆长轴的坐标轴确定图像坐标系下的Y1轴以及椭圆的短轴长度；

根据椭圆的长轴长度和短轴长度以及椭圆的中心点O1构建图像坐标下的椭圆方程。在O-X1Y1坐标系中的新曲线(参见图4)上选取五个点，即可确定椭圆的标准方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0。通过赋值xi代入方程即可确定第二待装件的孔投影轮廓线上的全部点。由于第二待装件的曲线必然在第一待装件的椭圆投影内，故只需通过在[-3a,3a]范围内取x值确定y值，形成的(xi,yi)点所构成的图形即为新椭圆(i＝1…N)。对新得到的椭圆图形，再经过相同的处理：确定长轴短轴、确定中心、坐标变换，形成标准圆O2。

步骤S240中第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度参见图6所示。

如图7所示，本发明的第二方面提供一种用于零件装配的孔对中检测装置，包括：

第一图像处理模块700，用于对接收到的数据信息进行高斯滤波处理后得到椭圆图像；

第一构建模块710，用于根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第一标准圆方程；

第二图像处理模块720，用于对接收的数据信息进行高斯滤波处理后得到不规则图像曲线；

第二构建模块730，用于选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程，并根据得到的椭圆方程进行坐标变换得到正投影坐标系下的第二标准圆方程；

检测模块740，用于通过第一标准圆方程的圆心和第二标准圆方程的圆心之间的连线长度得到第一待装件和第二待装件的对中度。

在本发明的一实施例中，所述第一构建模块710包括：

在本发明一实施例中，所述第二构建模块730包括：

本发明的一实施例中，还包括显示模块，用于显示图像坐标系下椭圆图像和正投影坐标系下标准圆图像。在孔对中操作时可以通过显示模块将图像信息发送至显示单元进行显示，操作人员可以更加直观地得到第一待装件和第二待装件的孔投影图像，并据此调整第一待装件和第二待装件的位置来将两工件孔位调整对中。

本发明的第三方面提供一种用于零件装配的孔对中检测装置，所述孔对中检测装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现第一方面所述的孔对中检测方法。

综上，本发明无需对激光发生装置和接收装置的放置位置进行校准，操作人员仅需要移动待装件的位置就可以对两待装件的对中度进行检测，简化了孔对中的操作步骤。并且孔对中度可通过数据处理单元进行数据处理直接得出既保证了孔对中精度，又避免了人为因素影响。

根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的模块也可以设置在处理器中。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种用于零件装配的孔对中检测方法，其特征在于，利用激光发生装置、激光接收装置和数据处理单元，该孔对中方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的孔对中方法，其特征在于，根据椭圆图像构建图像坐标系下的椭圆方程包括：

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O；

3.如权利要求1所述的孔对中方法，其特征在于，选取不规则图像曲线上五个点构建图像坐标系下的椭圆方程包括：

通过椭圆长轴的中心点确定椭圆的中心点O1；

4.一种用于零件装配的孔对中检测装置，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的孔对中检测装置，其特征在于，所述第一构建模块包括：

6.如权利要求4所述的孔对中检测装置，其特征在于，所述第二构建模块包括：

7.一种用于零件装配的孔对中检测装置，其特征在于，所述孔对中检测装置包括包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现权利要求1-3任一项所述的孔对中检测方法。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如权利要求1-3任一所述的孔对中检测方法。