CN117647189B - 一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统，属于轴承检测技术领域，具体包括：将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体组装，固定外壳体并试转动；在转动过程中，使用光学检测对待测轴承进行检测；在内壳体表面标记定位点，截取转动一圈的光学视频，选取n个图像帧，生成图像帧序列；每个图像帧中所有滚动体的分布位置相同；标记所有滚动体的位置为检测点，检测每个滚动体的径向宽度；对每个图像帧进行预处理，计算检测点对应滚动体的径向宽度均值与方差；计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值和方差，判定轴承游隙是否合格；本发明基于光学手段实现了对轴承游隙科学且快捷的检测。

Description

一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及轴承检测技术领域，具体涉及一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统。

背景技术

轴承是机械设备中的关键部件，其性能直接影响到设备的运行状态和使用寿命。轴承的径向游隙是指轴承内外圈之间的间隙，即指轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定，然后使轴承游隙未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量；这个间隙的大小对轴承的运行精度和疲劳寿命有着重要影响。因此，对轴承径向游隙的检测是保证轴承质量的重要环节。

目前，轴承径向游隙的检测主要依赖于人工经验和专用测量工具，这种方法不仅效率低下，而且测量结果受到操作人员技术水平和测量工具精度的影响，存在一定的误差；此外，由于轴承的形状复杂，滚动体的数量多，滚动体的分布位置不断变化，这使得轴承径向游隙的检测更加困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统，解决以下技术问题：

轴承径向游隙的检测主要依赖于人工经验和专用测量工具，这种方法不仅效率低下，而且测量结果受到操作人员技术水平和测量工具精度的影响，存在一定的误差；此外，由于轴承的形状复杂，滚动体的数量多，滚动体的分布位置不断变化，这使得轴承径向游隙的检测更加困难。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种卧式轴承径向游隙的检测方法，包括以下步骤：

将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格。

作为本发明进一步的方案：选取图像帧的过程为：

获取待测轴承滚动体的数量n，待测轴承的测试转速w圈每秒，则每隔w/n秒采集一个图像帧，采集时长为1/w秒。

作为本发明进一步的方案：所述预处理包括降噪：

将任一图像帧拆分为若干个重叠的图像块，重叠长度为10个像素点，基于预设偏差指标对图像块进行非支配排序，将排序中靠前的m个图像块生成矩阵，获取m个矩阵的奇异值，筛选所有奇异值中较小的数值并过滤，将剩余图像块进行合并。

作为本发明进一步的方案：所述预处理还包括灰度处理：

待测轴承中的滚动体与内外壳体采用不同的颜色标记，将降噪处理后的图像帧进行灰度转换，生成灰度图像，并对灰度图像进行边缘检测，通过滚动体标记颜色对应的灰度值对边缘检测后灰度图像进行二值化处理，生成二值化图像。

作为本发明进一步的方案：光学检测滚动体露出的径向宽度的过程为：

识别二值化图像中灰度值符合滚动体颜色标记的连通像素区域，截取所述连通区域的最小外接矩形，筛选出符合预设比例L±d：W±d的最小外界矩形，L为滚动体的直径，W为滚动体的直径减去两个滚动槽的宽度以及预设游隙，d为误差值，将筛选到的符合预设比例的最小外接矩形内的连通区域标记为滚动体露出区域，通过滚动体的实际直径对应的像素长度，计算每个像素点对应的实际长度，从轴承中心经滚动体圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动体露出区域的实际长度，将实际长度标记为滚动体的径向宽度D。

作为本发明进一步的方案：当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj不合格时，则表示待测轴承中所有滚动体的球体尺寸存在异常误差；

当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div不合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj合格时，则表示待测轴承的内外壳体的滚动槽尺寸存在异常误差。

作为本发明进一步的方案：光学检测的检测位置垂直于所述待测轴承的中心。

一种卧式轴承径向游隙的检测系统，用于实施上述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，包括：

检测准备模块，用于将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

光学检测模块，用于在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

光学定位模块，用于将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

光学测量模块，用于对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格。

本发明的有益效果：

本发明采用光学检测技术，通过在内壳体表面任意位置标记定位点，截取定位点转动一圈的光学视频，以时间为顺序生成图像帧序列，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，通过对任一图像帧进行光学检测，通过从轴承中心经滚动体圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动体露出区域的实际长度；从而计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值与方差，以及计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值和方差，以此判定该轴承游隙是否合格，为轴承的游隙检测提供了科学依据，实现了对轴承径向游隙的自动、快速和精确测量，大大提高了轴承检测的效率和准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种卧式轴承径向游隙的检测方法的流程示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种卧式轴承径向游隙的检测方法及系统，包括以下步骤：

将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格。

本发明采用光学检测技术，实现了对轴承径向游隙的自动、快速和精确测量，大大提高了轴承检测的效率和准确性。

本发明通过在内壳体表面任意位置标记定位点，截取定位点转动一圈的光学视频，从光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，这使得轴承径向游隙的检测更加方便和准确。

本发明通过对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值与方差，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值和方差，若径向宽度均值和方差位于预设宽度区间内，且方差小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格，这为轴承的质量评估提供了科学依据。

本发明在预处理过程中包括降噪和灰度处理，可以有效地消除图像中的噪声和干扰，提高图像的清晰度和识别精度。

本发明通过识别二值化图像中灰度值符合滚动体颜色标记的连通像素区域，截取连通区域的最小外接矩形，筛选出符合预设比例的最小外接矩形，将筛选到的符合预设比例的最小外接矩形内的连通区域标记为滚动体露出区域，通过滚动体的实际直径对应的像素长度，计算每个像素点对应的实际长度，从轴承中心经滚动体圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动体露出区域的实际长度，将实际长度标记为滚动体的径向宽度，这为轴承径向游隙的测量提供了一种简单、快速和准确的方法。

在本发明的另一种优选的实施例中，选取图像帧的过程为：

获取待测轴承滚动体的数量n，待测轴承的测试转速w圈每秒，则每隔w/n秒采集一个图像帧，采集时长为1/w秒。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述预处理包括降噪：

将任一图像帧拆分为若干个重叠的图像块，重叠长度为10个像素点，基于预设偏差指标对图像块进行非支配排序，将排序中靠前的m个图像块生成矩阵，获取m个矩阵的奇异值，筛选所有奇异值中较小的数值并过滤，将剩余图像块进行合并。

在本发明的另一种优选的实施例中，所述预处理还包括灰度处理：

待测轴承中的滚动体与内外壳体采用不同的颜色标记，将降噪处理后的图像帧进行灰度转换，生成灰度图像，并对灰度图像进行边缘检测，通过滚动体标记颜色对应的灰度值对边缘检测后灰度图像进行二值化处理，生成二值化图像。

在本发明的另一种优选的实施例中，光学检测滚动体露出的径向宽度的过程为：

识别二值化图像中灰度值符合滚动体颜色标记的连通像素区域，截取所述连通区域的最小外接矩形，筛选出符合预设比例L±d：W±d的最小外界矩形，L为滚动体的直径，W为滚动体的直径减去两个滚动槽的宽度以及预设游隙，d为误差值，将筛选到的符合预设比例的最小外接矩形内的连通区域标记为滚动体露出区域，通过滚动体的实际直径对应的像素长度，计算每个像素点对应的实际长度，从轴承中心经滚动体圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动体露出区域的实际长度，将实际长度标记为滚动体的径向宽度D。

在本发明的另一种优选的实施例中，当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj不合格时，则表示待测轴承中所有滚动体的球体尺寸存在异常误差；

当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div不合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj合格时，则表示待测轴承的内外壳体的滚动槽尺寸存在异常误差。

在本发明的另一种优选的实施例中，光学检测的检测位置垂直于所述待测轴承的中心。

一种卧式轴承径向游隙的检测系统，用于实施上述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，包括：

检测准备模块，用于将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

光学检测模块，用于在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

光学定位模块，用于将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

光学测量模块，用于对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格；

光学检测滚动体露出的径向宽度的过程为：

识别二值化图像中灰度值符合滚动球颜色标记的连通像素区域，截取所述连通区域的最小外接矩形，筛选出符合预设比例L±d：W±d的最小外界矩形，L为滚动球的直径，W为滚动球的直径减去两个滚动槽的宽度以及预设游隙，d为误差值，将筛选到的符合预设比例的最小外接矩形内的连通区域标记为滚动球露出区域，通过滚动球的实际直径对应的像素长度，计算每个像素点对应的实际长度，从轴承中心经滚动球圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动球露出区域的实际长度，将实际长度标记为滚动球的径向宽度D。

2.根据权利要求1所述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，选取图像帧的过程为：

获取待测轴承滚动体的数量n，待测轴承的测试转速w圈每秒，则每隔w/n秒采集一个图像帧，采集时长为1/w秒。

3.根据权利要求1所述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，所述预处理包括降噪：

将任一图像帧拆分为若干个重叠的图像块，重叠长度为10个像素点，基于预设偏差指标对图像块进行非支配排序，将排序中靠前的m个图像块生成矩阵，获取m个矩阵的奇异值，筛选所有奇异值中较小的数值并过滤，将剩余图像块进行合并。

4.根据权利要求3所述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，所述预处理还包括灰度处理：

待测轴承中的滚动球与内外壳体采用不同的颜色标记，将降噪处理后的图像帧进行灰度转换，生成灰度图像，并对灰度图像进行边缘检测，通过滚动球标记颜色对应的灰度值对边缘检测后灰度图像进行二值化处理，生成二值化图像。

5.根据权利要求1所述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj不合格时，则表示待测轴承中所有滚动球的球体尺寸存在异常误差；

当任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div不合格，而所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj合格时，则表示待测轴承的内外壳体的滚动槽尺寸存在异常误差。

6.根据权利要求1所述的一种卧式轴承径向游隙的检测方法，其特征在于，光学检测的检测位置垂直于所述待测轴承的中心。

7.一种卧式轴承径向游隙的检测系统，其特征在于，包括：

检测准备模块，用于将待测轴承的内壳体、外壳体和滚动体进行组装，固定外壳体并进行顺时针试转动，在转动过程中，对待测轴承进行光学检测；

光学检测模块，用于在内壳体表面任意位置标记定位点，截取所述定位点转动一圈的光学视频，从所述光学视频中选取n个图像帧，以时间为顺序生成图像帧序列，n为滚动体的数量，每个图像帧中所有滚动体的分布位置均保持相同，即任一滚动体在任一个图像帧中的位置，与该滚动体顺时针方向相邻的滚动体在上一个图像帧中的位置相同；

光学定位模块，用于将所有滚动体的位置标记为检测点，通过光学检测经过任一检测点的每个滚动体露出的径向宽度Dij，i表示该径向宽度所在图像帧在序列中的位置，设定检测点的初始位置，j表示该径向宽度的检测点的位置顺序；

光学测量模块，用于对任一图像帧进行预处理，计算任一图像帧中所有检测点对应滚动体的径向宽度均值Dia与方差Div，计算所有图像帧中任一检测点的对应滚动体的径向宽度均值Daj和方差Dvj，若Dia和Daj位于预设宽度区间[M,N]内，且Div和Dvj小于预设误差，则判定该轴承游隙合格，否则不合格；

光学检测滚动体露出的径向宽度的过程为：

识别二值化图像中灰度值符合滚动球颜色标记的连通像素区域，截取所述连通区域的最小外接矩形，筛选出符合预设比例L±d：W±d的最小外界矩形，L为滚动球的直径，W为滚动球的直径减去两个滚动槽的宽度以及预设游隙，d为误差值，将筛选到的符合预设比例的最小外接矩形内的连通区域标记为滚动球露出区域，通过滚动球的实际直径对应的像素长度，计算每个像素点对应的实际长度，从轴承中心经滚动球圆心标记出若干个半径指示线，通过单个像素的实际长度，计算每条半径指示线经过滚动球露出区域的实际长度，将实际长度标记为滚动球的径向宽度D。