CN214372300U - 基于激光传感器的轴承内孔测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于激光传感器的轴承内孔测量装置，包括底座、轴承夹具、滑动平台、旋转关节、激光测距传感器和控制模块，具体包括如下步骤：步骤S1:确定激光测距传感器的运动学模型和参数，并建立三维坐标系；步骤S2:使用激光测距仪对轴承内壁进行测量，获取轴承内壁三维点云数据；步骤S3:对所得到的的三维点云数据进行特征提取；步骤S4:去噪处理，使用滤波对点云数据进行平滑处理；步骤S5:使用三维重建算法对处理过高的点云数据进行重建，得到相对应的轴承内壁完整的三维模型。本实用新型能够快速方便的采集轴承内孔信息，并绘制出三维模型。

Description

基于激光传感器的轴承内孔测量装置

技术领域

本实用新型属于激光测量的技术领域，尤其涉及一种基于激光传感器的轴承内孔测量装置。

背景技术

轴承是机械在传动过程中不可或缺的机械零部件，它起着固定和减小载荷摩擦系数的作用，其安装在器械上并与其他机件在轴上彼此产生相对运动，用以降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置的固定。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。轴承属于高精度产品，其精度对轴承整体的性能起着举足轻重的作用。

轴承由于内孔较小，通过手工进行测量，检测的精度差。而且还会出现人为误差，在人工检测的过程中，需要耗费大量的人力资源，经济效益较低。当前检测方法效率低下，导致检测技术不能满足市场的需求，不利于轴承机械领域的发展，无法跟上现代技术趋势。

随着激光测量技术和三维建模技术的快速发展，人们对于高精度、高效率的追求越来越高，三维激光测量技术克服了传统的测量限制，可以在不需要与被测物碰触的情况下进行全自动测量，获取需要的数据信息。该技术可以获取任何特定物体的的信息并进行一定的处理，通过三维建模技术生成实体三维立体模型。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于激光传感器的轴承内孔测量装置，通过安装在移动平台上的激光测距传感器自动测量轴承内孔数据，并进行三维模型重建，能够较好的还原待测轴承的内孔信息。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于激光传感器的轴承内孔测量装置，其特征在于，包括底座、轴承夹具、滑动平台、旋转关节、激光测距传感器和控制模块，所述轴承夹具竖直固定于所述底座一侧，其上固定待测轴承，所述滑动平台通过驱动电机沿底座上安设的滑动导轨滑动，所述旋转关节通过支架安设于滑动平台上，所述激光测距传感器安设于旋转关节的端头，所述控制模块包括控制器和上位机，所述控制器的输入端与激光测距传感器相连，输出端分别与旋转关节和激光测距传感器相连，控制器与上位机相连，实现信息交互。

按上述方案，所述轴承夹具包括固定板、上夹臂和下夹臂，所述上、下夹臂堆成固定于所述固定板上，固定板底部固定于所述底座上，上、下夹臂的间距与待测轴承外径相同，实现卡合固定。

按上述方案，所述旋转关节为步进电机，所述步进电机的输出轴的端头安设所述激光测距传感器，步进电机的输出轴与待测轴承内孔相对应设置。

按上述方案，所述激光测距传感器为单目激光测距传感器，激光光源方向与滑动平台的滑动方向垂直。

本实用新型的有益效果是：提供供一种基于激光传感器的轴承内孔测量装置，通过安装在移动平台上的激光测距传感器自动测量轴承内孔数据，并利用现有算法进行数据处理和模型重建，能够较好的获取待测轴承的内孔信息，建立三维模型，实现了对轴承内孔的自动化测量和模型重建，具有直观、便捷等优点。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型一个实施例的流程框图。

图3为本实用新型一个实施例的三维坐标系的示意图。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于激光传感器的轴承内孔测量装置，包括底座1、轴承夹具2、滑动平台3、旋转关节4、激光测距传感器5和控制模块，轴承夹具竖直固定于底座一侧，其上固定待测轴承6，滑动平台通过驱动电机沿底座上安设的滑动导轨滑动，旋转关节通过支架安设于滑动平台上，激光测距传感器安设于旋转关节的端头，控制模块包括控制器和上位机7，控制器的输入端与激光测距传感器相连，输出端分别与旋转关节和激光测距传感器相连，控制器与上位机相连，实现信息交互，上位机用于发送指令和储存测量数据。

轴承夹具包括固定板、上夹臂和下夹臂，上、下夹臂堆成固定于固定板上，固定板底部固定于底座上，上、下夹臂的间距与待测轴承外径相同，实现卡合固定。

旋转关节为步进电机，步进电机的输出轴的端头安设激光测距传感器，步进电机的输出轴与待测轴承内孔相对应设置，在控制模块的控制下能够进行360度旋转，也能够指定具体旋转角度，可调节旋转速度。

激光测距传感器为单目激光测距传感器，激光光源方向与滑动平台的滑动方向垂直。

采用上述装置进行轴承内孔测量的方法如下：

S1)建立坐标系：以滑动平台移动的方向为z轴方向，以激光测距传感器初始位置为xy平面的原点，建立三维坐标系。

S2)进行测量：控制器控制滑动平台朝着待测轴承方向移动，当到达待测轴承端面时，此时z轴位置为0，此位置即为三维坐标系原点，滑动平台继续移动距离d暂停，旋转关节和激光测距传感器开始工作，旋转关节的旋转角度为Δθ时，激光测距传感器采集到轴承内孔测量点到三维坐标原点的长度为L，旋转角度达到360度时，旋转关节暂停，滑动平台继续向前移动d距离，重复以上运动，直至激光测距传感器到达待测轴承另端面，测量结束，轴承内表面数据在三维坐标的表示为：(x,y,z)＝(LcosΔθ,LsinΔθ,kd)，其中，k∈N，0°≤Δθ＜360°，显然，移动距离d和旋转角度Δθ越小，测量精度越高。

S3)特征提取：采用PCA主成分分析法，使用基于特征值分解协方差矩阵实现PCA。对于三维坐标数据集X，需要降到k维。每一位特征减去各自的平均值，然后计算协方差矩阵,用特征值分解方法求协方差矩阵的特征值与特征向量。对特征值从大到小排序，选择其中最大的k个。然后将其对应的k个特征向量分别作为行向量组成特征向量矩阵P。将数据转换到k个特征向量构建的新空间中，即Y＝PX，Y即为特征提取后的三维坐标数据集。

S4)光顺滤波：采集到的轴承内壁点云数据不可避免会出现噪声，使得重构的曲面不光滑，直接影响到轴承模型重建的精度和效率。选用SG滤波器进行三维点云的光顺滤波处理，通过SG滤波处理后，点云曲线变得更加光滑，且能够保持采样表面原有的拓扑和几何特征不变。

S5)模型重建：使用泊松曲面重建算法来对点云数据进行重建，以此获得完整的轴承内壁三维模型。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于激光传感器的轴承内孔测量装置，其特征在于，包括底座、轴承夹具、滑动平台、旋转关节、激光测距传感器和控制模块，所述轴承夹具竖直固定于所述底座一侧，其上固定待测轴承，所述滑动平台通过驱动电机沿底座上安设的滑动导轨滑动，所述旋转关节通过支架安设于滑动平台上，所述激光测距传感器安设于旋转关节的端头，所述控制模块包括控制器和上位机，所述控制器的输入端与激光测距传感器相连，输出端分别与旋转关节和激光测距传感器相连，控制器与上位机相连，实现信息交互。

2.根据权利要求1所述的基于激光传感器的轴承内孔测量装置，其特征在于，所述轴承夹具包括固定板、上夹臂和下夹臂，所述上、下夹臂堆成固定于所述固定板上，固定板底部固定于所述底座上，上、下夹臂的间距与待测轴承外径相同，实现卡合固定。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光传感器的轴承内孔测量装置，其特征在于，所述旋转关节为步进电机，所述步进电机的输出轴的端头安设所述激光测距传感器，步进电机的输出轴与待测轴承内孔相对应设置。

4.根据权利要求3所述的基于激光传感器的轴承内孔测量装置，其特征在于，所述激光测距传感器为单目激光测距传感器，激光光源方向与滑动平台的滑动方向垂直。

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