一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法
【專利摘要】一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，屬于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，為了解決針對(duì)一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割，運(yùn)用現(xiàn)有道格拉斯—普克算法重復(fù)循環(huán)判斷的次數(shù)多，效率不高，以及曲率法中逐點(diǎn)計(jì)算曲線上每一點(diǎn)的曲率并找出曲率最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn)所帶來(lái)的繁瑣計(jì)算的問(wèn)題，該方法包括，步驟一，計(jì)算實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分值；步驟二，分析齒輪各部分形貌特征和差分結(jié)果的關(guān)系；步驟三，比較實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)和擬合圓半徑的大?。徊捎貌罘址ǚ指铨X輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)，差分運(yùn)算遍歷到實(shí)測(cè)齒輪的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，優(yōu)于道格拉斯—普克算法并提高了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割精度；避免了曲率法中繁瑣計(jì)算；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分割，計(jì)算簡(jiǎn)單，分割精度高。
【專利說(shuō)明】一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種齒輪形貌逆向工程中，一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪一維形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分割，屬于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪偏差分析對(duì)于齒輪的加工制造和提高傳動(dòng)系統(tǒng)性能具有重要的意義，因此利用實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算齒輪偏差尤為重要。在計(jì)算齒輪齒形偏差、齒頂圓度、齒根圓度和全齒高時(shí)需分別單獨(dú)使用齒輪齒形數(shù)據(jù)、齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)，激光連續(xù)掃描齒輪獲得的一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)未區(qū)分開齒輪齒形數(shù)據(jù)、齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)，所以若根據(jù)實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算齒輪偏差，必須從實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)中分割出齒輪齒形數(shù)據(jù)、齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)。
[0003]現(xiàn)有《基于道格拉斯一普克算法的圖像分割初探》提出了一種采用道格拉斯一普克算法提取曲線特征點(diǎn)的方法。見于期刊測(cè)繪與空間地理信息，2012，35 (5)。該方法的基本思想是:首先選取離散曲線點(diǎn)列的兩個(gè)端點(diǎn)，計(jì)算曲線內(nèi)其余各點(diǎn)到兩端點(diǎn)連線的垂直距離，找出垂直距離最大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。然后判斷該點(diǎn)是否為特征點(diǎn)，若垂直距離最大值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所有點(diǎn)被舍棄，如果垂直距離最大值大于設(shè)定的閾值，則該點(diǎn)作為一個(gè)特征點(diǎn)將曲線分為兩段，最后使用上述方法反復(fù)進(jìn)行下去直至曲線不能再分段為止。該方法的缺點(diǎn)是不適合數(shù)據(jù)量大的離散曲線的特征點(diǎn)的提取，且對(duì)于較復(fù)雜的曲線，重復(fù)循環(huán)判斷的次數(shù)多，效率不高。期刊《Angle Detection on Digital Curves》提出了一種采用曲率分析法提取曲線特征點(diǎn)的方法。見于期刊IEEE Trans on Computers, 1973，22。該方法的基本思想是:首先逐點(diǎn)計(jì)算曲線上每一點(diǎn)的曲率，然后找出曲率最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是提取特征點(diǎn)的精度較低，易出現(xiàn)冗余的點(diǎn)和遺漏的重要特征點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決針對(duì)一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割，運(yùn)用現(xiàn)有道格拉斯一普克算法重復(fù)循環(huán)判斷的次數(shù)多，效率不高，以及曲率法中逐點(diǎn)計(jì)算曲線上每一點(diǎn)的曲率并找出曲率最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn)所帶來(lái)的繁瑣計(jì)算的問(wèn)題，提出一種一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，該方法適用于大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割，且提高了點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割的精度。
[0005]本發(fā)明中利用差分法分割齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的基本原理是:實(shí)測(cè)齒輪的左右齒形、齒頂和齒根各部分特征不同，各部分對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分結(jié)果也不相同，依據(jù)差分結(jié)果可分割出實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的齒輪左右齒形數(shù)據(jù)、齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下，見圖1，一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一，計(jì)算實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分值；
[0008]I)通過(guò)激光連續(xù)掃描齒輪一周獲得實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)，設(shè)激光掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Pi ( Θ i，Ii), (i = l，2…N)，其中Θ i為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角位移，Ii為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的徑向位移，N為采樣點(diǎn)總數(shù)；
[0009]2)向計(jì)算機(jī)輸入齒輪類型，內(nèi)齒輪和外齒輪；
[0010]3)在計(jì)算機(jī)上對(duì)該點(diǎn)云序列做圓擬合可以得到一個(gè)介于齒頂圓和齒根圓之間一個(gè)圓，設(shè)該圓的半徑為R ;
[0011]4)計(jì)算齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)兩點(diǎn)間的差分值，任意兩點(diǎn)間的差分運(yùn)算如下式:
[0012]Iii = Iw-1i (I)式(I)中Ici表示兩點(diǎn)間的差分值，則實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分結(jié)果為{kj。
[0013]步驟二，分析齒輪各部分形貌特征和差分結(jié)果的關(guān)系；
[0014]依據(jù)步驟一中差分結(jié)果{kj判斷對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)所屬齒輪的部分，若實(shí)測(cè)齒輪為外齒輪，差分值ki大于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪左齒形數(shù)據(jù)，差分值ki小于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪右齒形數(shù)據(jù)；若實(shí)測(cè)齒輪為內(nèi)齒輪，差分值ki大于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪右齒形數(shù)據(jù)，差分值h小于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪左齒形數(shù)據(jù)；差分值h等于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒頂數(shù)據(jù)或齒根數(shù)據(jù)；由此可依據(jù)實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分結(jié)果{kj中任意點(diǎn)Ici的值的正負(fù)，分割出左右齒形數(shù)據(jù)；
[0015]步驟三，比較實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)和擬合圓半徑的大??；
[0016]經(jīng)過(guò)步驟二分割出左右齒形數(shù)據(jù)后，剩余實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)為齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)；外齒輪的齒頂數(shù)據(jù)大于R，齒根數(shù)據(jù)小于R，內(nèi)齒輪的齒頂數(shù)據(jù)小于R，齒根數(shù)據(jù)大于R ;通過(guò)逐點(diǎn)比較剩余實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)Pi ( Θ ” Ii)的值與R值的大小再分割出齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)?！?br> [0017]發(fā)明的效果:在本發(fā)明中，采用差分法分割齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)，差分運(yùn)算遍歷到實(shí)測(cè)齒輪的所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，優(yōu)于道格拉斯一普克算法并提高了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割精度。同時(shí)差分法是根據(jù)差分值特征整體選取特征點(diǎn)，避免了曲率法中逐點(diǎn)計(jì)算曲線上每一點(diǎn)的曲率并找出曲率最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn)所帶來(lái)的繁瑣計(jì)算。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確分割，計(jì)算簡(jiǎn)單，分割精度高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本發(fā)明所述的一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法的流程圖。
[0019]圖2本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云。
[0020]圖3本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)差分結(jié)果。
[0021]圖4本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合圓。
[0022]圖5本發(fā)明實(shí)施例中分割后的齒輪形貌點(diǎn)云；圖5中*為實(shí)測(cè)齒輪左齒形，〇為實(shí)測(cè)齒輪右齒形，□為實(shí)測(cè)齒輪齒頂，+為實(shí)測(cè)齒輪齒根。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以內(nèi)齒輪為例描述本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程。
[0024]內(nèi)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，包括以下步驟:
[0025]步驟一，計(jì)算實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分值。
[0026]激光掃描漸開線直內(nèi)齒輪，其齒數(shù)z為85，模數(shù)m為3.27742，分度圓處壓力角α為25°，齒頂高系數(shù)ha*為0.8，頂隙系數(shù)c*為0.3。設(shè)掃描該齒輪一周的采樣點(diǎn)總數(shù)N為3149，采樣間隔為Λ Θ = 2 31 /N = 2 π/3149，得到采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角位移Θ i = i.Λ Θ和徑向位移Ii,獲得實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)PiOi, Ii), (i = 1，2…3149)，選取實(shí)測(cè)齒輪采樣點(diǎn)前100個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作圖，見圖2，3149個(gè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)是按圖2中周期規(guī)律拓展的。
[0027]根據(jù)式(I)對(duì)實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)PiOi, Ii), (i = 1，2…3149)做差分計(jì)算，得差分結(jié)果{kj，
[0028]Jii = Iw-1i(I)
[0029]選取{kj前99個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作圖，見圖3，3149個(gè)差分值匕是按圖3中周期規(guī)律拓展的。
[0030]通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)？1 (Qpli), (i = 1，2…3149)做圓擬合，可以得到一個(gè)介于齒頂圓和齒根圓之間一個(gè)圓，設(shè)該圓的半徑為R，R值為139.127，擬合圓見圖4。
[0031]步驟二，分析齒輪各部分形貌特征和差分結(jié)果的關(guān)系。
[0032]分析圖2和圖3可知，實(shí)測(cè)內(nèi)齒輪的左齒形上點(diǎn)云數(shù)據(jù)差分值h為負(fù)值，右齒形上點(diǎn)云數(shù)據(jù)差分值匕為正值，齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)的差分值匕為O。通過(guò)判斷差分結(jié)果{kj中任意點(diǎn)匕的值的正負(fù)，從實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)中分別分割出齒輪左右齒形數(shù)據(jù)。選取實(shí)測(cè)齒輪采樣點(diǎn)前100個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作圖，見圖5, *為實(shí)測(cè)齒輪左齒形，〇為實(shí)測(cè)齒輪右齒形。
[0033]步驟三，比較實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)和擬合圓半徑的大小。
[0034]實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分離出左右齒形數(shù)據(jù)后，其余為齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)。逐點(diǎn)比較剩余齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)Pi( Θ i，Ii)的值和擬合圓半徑R的大小，實(shí)測(cè)齒輪齒頂數(shù)據(jù)為135.685小于R值139.127，齒根數(shù)據(jù)為141.912大于R值139.127，由此可從齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)中分割出齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)。選取實(shí)測(cè)齒輪采樣點(diǎn)前100個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作圖，見圖5, □為實(shí)測(cè)齒輪齒頂，+為實(shí)測(cè)齒輪齒根。
[0035]至此，完成實(shí)測(cè)內(nèi)齒輪的齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割。
【權(quán)利要求】
1.一維齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一，計(jì)算實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分值； 1)通過(guò)激光連續(xù)掃描齒輪一周獲得實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)，設(shè)激光掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)？1 (Gpli)，(i = 1，2…N)，其中Θ i為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角位移，Ii為采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的徑向位移，N為采樣點(diǎn)總數(shù)； 2)向計(jì)算機(jī)輸入齒輪類型，內(nèi)齒輪和外齒輪； 3)在計(jì)算機(jī)上對(duì)該點(diǎn)云序列做圓擬合可以得到一個(gè)介于齒頂圓和齒根圓之間一個(gè)圓，設(shè)該圓的半徑為R ; 4)計(jì)算齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)兩點(diǎn)間的差分值，任意兩點(diǎn)間的差分運(yùn)算如下式: h = Iw-1i (I)式(I)中Ici表示兩點(diǎn)間的差分值，則實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分結(jié)果為{kj ο 步驟二，分析齒輪各部分形貌特征和差分結(jié)果的關(guān)系； 依據(jù)步驟一中差分結(jié)果{kj判斷對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)所屬齒輪的部分，若實(shí)測(cè)齒輪為外齒輪，差分值h大于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪左齒形數(shù)據(jù),差分值Ici小于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪右齒形數(shù)據(jù)；若實(shí)測(cè)齒輪為內(nèi)齒輪，差分值匕大于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪右齒形數(shù)據(jù)，差分值h小于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒輪左齒形數(shù)據(jù)；差分值h等于O時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是齒頂數(shù)據(jù)或齒根數(shù)據(jù)；由此可依據(jù)實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差分結(jié)果{kj中任意點(diǎn)Ici的值的正負(fù)，分割出左右齒形數(shù)據(jù)；· 步驟三，比較實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)和擬合圓半徑的大小； 經(jīng)過(guò)步驟二分割出左右齒形數(shù)據(jù)后，剩余實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)為齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)；外齒輪的齒頂數(shù)據(jù)大于R，齒根數(shù)據(jù)小于R，內(nèi)齒輪的齒頂數(shù)據(jù)小于R，齒根數(shù)據(jù)大于R ；通過(guò)逐點(diǎn)比較剩余實(shí)測(cè)齒輪形貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)Pi ( Θ ” Ii)的值與R值的大小再分割出齒頂數(shù)據(jù)和齒根數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103593865SQ201310626762
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】蘇成志, 王言敬, 竇艷紅, 孫煒強(qiáng), 崔懷豐 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)