[发明专利]一种砂轮/工件复杂圆弧廓形在位检测方法及装置

权利要求书

1.一种砂轮/工件复杂圆弧廓形在位检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：

调节线型激光位移传感器发射的线型激光束平行于砂轮/工件的旋转轴线并通过其轴心；

砂轮/工件相对线型激光位移传感器匀速转动，线型激光位移传感器每采样一次获得一组轮廓数据，从而得到表示砂轮/工件表面轮廓的多组轮廓数据；

对获得的多组轮廓数据进行预处理，包括：对获得的多组轮廓数据进行滤波去噪处理，使砂轮/工件表面设定长度范围内的轮廓数据的极差不超过第一设定阈值；对滤波去噪处理后的多组轮廓数据进行边缘特征识别处理，保留有效区域内的数据；

对预处理后的多组轮廓数据进行宏观轮廓线提取，得到每组轮廓数据对应的宏观轮廓线；

对每条宏观轮廓线进行圆弧分段处理，并对每条宏观轮廓线的各圆弧段分别进行拟合得到各圆弧段拟合曲线，将各圆弧段拟合曲线组合为检测廓形线；

利用宏观轮廓线和检测廓形线计算得到砂轮/工件廓形的检测指标参数，所述检测指标参数包括圆弧曲率半径、圆弧圆度误差和沟道偏心量；

对获得的多组轮廓数据进行预处理之前，将获得的多组轮廓数据用矩阵表示，每组轮廓数据用矩阵的行表示；结合矩阵中数据的行序号和线型激光位移传感器的扫描方向上相邻数据点的间距，得到矩阵中数据的Y位置坐标；结合矩阵中数据的列序号和线型激光位移传感器发射的线型激光束中相邻数据点的间距，得到矩阵中数据的X位置坐标；矩阵中数据的值为矩阵中数据的Z值；

所述进行宏观轮廓线提取的过程为：利用宏观轮廓特征点计算公式，计算由预处理后的多组轮廓数据组成的矩阵中所有数据点的宏观轮廓特征点，将矩阵中每行数据的宏观轮廓特征点连成曲线得到该行数据对应的宏观轮廓线；所述宏观轮廓特征点计算公式为：

其中，为计算出的宏观轮廓特征点，Z_iq为由预处理后的多组轮廓数据组成的矩阵中第i个数据点附近的q个数据点的值，为q个数据点的算术平均值，a为q个数据点中值大于的数据点的个数，b为q个数据点中值小于的数据点的个数；

所述进行圆弧分段处理的过程为：

将各条宏观轮廓线用宏观轮廓特征点逐行排列为矩阵表示，得到宏观轮廓特征点矩阵，取长度为设定值的数据窗口对宏观轮廓特征点矩阵中的每行数据进行逐点滑动，数据窗口每次滑动均对应一个数据段，将数据段对应的宏观轮廓特征点利用最小二乘法进行线性拟合，并比较相邻数据段对应的拟合斜率，若某数据段与其后一个数据段拟合斜率的差的绝对值超过第二设定阈值，且该数据段与其前一个数据段拟合斜率的差的绝对值未超过第二设定阈值，则判定该数据段正中间数据点为圆弧段的分割点，进而得到对应宏观轮廓线的各圆弧段分割点，按照各圆弧段分割点对宏观轮廓线进行分段，得到不同的圆弧段。

2.根据权利要求1所述的砂轮/工件复杂圆弧廓形在位检测方法，其特征在于，所述圆弧曲率半径的计算公式为：

其中，为圆弧曲率半径，y_i为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据的Y位置坐标，为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段的拟合半径，S为宏观轮廓特征点矩阵的行数。

3.根据权利要求1所述的砂轮/工件复杂圆弧廓形在位检测方法，其特征在于，所述圆弧圆度误差的计算公式为：

其中，为圆弧圆度误差，X′为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段内数据的X位置坐标，Z′为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段内数据的Z值，x_offset为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段的拟合圆弧圆心的X位置坐标，z_offset为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段的拟合圆弧圆心的Z值，为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据对应圆弧段的拟合半径，S为宏观轮廓特征点矩阵的行数。

4.根据权利要求1所述的砂轮/工件复杂圆弧廓形在位检测方法，其特征在于，所述沟道偏心量的计算公式为：

其中，为沟道偏心量，x″_i为宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据的圆弧段分割点的中间位置坐标，所述圆弧段分割点通过对宏观轮廓特征点矩阵中第i行数据进行圆弧分段处理得到，x″′_i为宏观轮廓特征点矩阵第i行数据的首、尾数据点的中间位置坐标，S为宏观轮廓特征点矩阵的行数。