本發(fā)明涉及軸直徑測(cè)量，尤其涉及一種軸直徑測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)軌道交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，動(dòng)車被測(cè)軸加工質(zhì)量要求日益提高，不僅需確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)可靠性，還需嚴(yán)格控制形狀、尺寸及外觀精度。被測(cè)軸加工精度（尤其是形位公差和長(zhǎng)度誤差）是衡量生產(chǎn)工藝水平的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響裝配質(zhì)量與運(yùn)行安全。

2、近年來(lái)，非接觸式測(cè)量技術(shù)（如激光掃描、光幕視覺檢測(cè)及激光測(cè)距傳感器等）逐步應(yīng)用于被測(cè)軸檢測(cè)領(lǐng)域，已實(shí)現(xiàn)截面形狀與尺寸的自動(dòng)化測(cè)量。然而，受傳感器測(cè)量范圍限制，被測(cè)軸截面輪廓的圓弧部分有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)往往較少（30°<圓心角<90°），此類非完整小圓弧因可用信息少、測(cè)量難度高，成為檢測(cè)難點(diǎn)。

3、現(xiàn)有圓擬合方法（如kasa算法、點(diǎn)云預(yù)測(cè)算法及基于最小二乘法的改進(jìn)算法）雖能實(shí)現(xiàn)短圓弧擬合，但因采樣點(diǎn)敏感性或引入非真實(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)等問題，實(shí)際應(yīng)用仍存在局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種軸直徑測(cè)量方法，采用添加有限制蝙蝠位置的邊界規(guī)則的蝙蝠算法，對(duì)采集到的被測(cè)軸的截面信息進(jìn)行擬合，完成被測(cè)軸直徑的測(cè)量。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種軸直徑測(cè)量方法，包括如下步驟：

3、s1：使用軸直徑輪廓點(diǎn)測(cè)量裝置對(duì)被測(cè)軸進(jìn)行測(cè)量，獲取被測(cè)軸截面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

4、s2：對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪處理。

5、s3：采用添加了邊界規(guī)則限制蝙蝠位置的改進(jìn)蝙蝠算法對(duì)步驟s2去噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)圓擬合，以實(shí)現(xiàn)被測(cè)軸直徑的測(cè)量。

6、進(jìn)一步的，步驟s3包括如下步驟：

7、s31：初始化蝙蝠算法參數(shù)，包括：種群規(guī)模、最大迭代次數(shù)、目標(biāo)函數(shù) f(xi )，以及各蝙蝠個(gè)體的初始位置 xi、初始位置變化量 vi、初始聲音響度 ai和初始頻率 fi。

8、s32：通過(guò)引入變速慣性權(quán)重因子修正系數(shù)，蝙蝠個(gè)體的頻率、位置變化量及位置。

9、s33：對(duì)更新后的蝙蝠位置設(shè)置邊界規(guī)則，確保蝙蝠位置在設(shè)置的邊界范圍內(nèi)。

10、s34：基于步驟s33的邊界范圍，對(duì)所有蝙蝠進(jìn)行全局搜索，利用步驟s31的目標(biāo)函數(shù)得到多個(gè)解，再對(duì)所有解進(jìn)行比對(duì)，得到最優(yōu)解。

11、s35：更新蝙蝠至下一迭代狀態(tài)，并重復(fù)步驟s32-步驟s34，直至滿足終止條件，輸出最優(yōu)圓參數(shù)解。

12、進(jìn)一步的，步驟s32的目標(biāo)函數(shù)為：

13、；

14、其中，和為第i個(gè)采集到的點(diǎn)云坐標(biāo)；、為代求圓心的坐標(biāo)，是代求半徑。

15、進(jìn)一步的，步驟s33的變速慣性權(quán)重因子的計(jì)算公式為：

16、；

17、其中，為變速慣性權(quán)重因子，wmax和wmin分別為最大變速慣性權(quán)重因子和最小變速慣性權(quán)重因子；t為當(dāng)前迭代次數(shù)；tmax為最大迭代次數(shù)；為變速慣性權(quán)重的變化速率的系數(shù)，。

18、蝙蝠個(gè)體的頻率更新公式為：

19、；

20、其中， f(i)為更新后的頻率， f(i)max為蝙蝠個(gè)體發(fā)出聲音的最大頻率， f(i)min發(fā)出聲音的最小頻率， β為隨機(jī)變量，。

21、引入變速慣性權(quán)重因子，蝙蝠的位置變化量公式如下：

22、；

23、其中，表示第i只蝙蝠在當(dāng)前迭代的飛行位置變化量， ai是第i只蝙蝠在當(dāng)前聲音響度，是第i只蝙蝠的上一次的飛行位置，是第i只蝙蝠的上一次位置，是表示當(dāng)前蝙蝠的最優(yōu)位置。

24、蝙蝠個(gè)體的位置更新公式：

25、 = + ；其中，表示第i只蝙蝠在當(dāng)前的位置。

26、進(jìn)一步的，軸直徑輪廓點(diǎn)測(cè)量裝置包括移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和測(cè)量系統(tǒng)；移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括三個(gè)用于獲取被測(cè)軸截面輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)的第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器，第二傳感器位于第一傳感器和第三傳感器之間；測(cè)量系統(tǒng)對(duì)軸直徑輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并基于點(diǎn)云擬合算法計(jì)算被測(cè)軸的直徑。

27、進(jìn)一步的，設(shè)置邊界規(guī)則為：

28、 ；

29、 ；

30、 ；

31、其中，為邊界的橫坐標(biāo)值，為邊界的縱坐標(biāo)，為邊界的直徑；為第一傳感器測(cè)量軸輪廓時(shí)產(chǎn)生的橫坐標(biāo)值、為第三傳感器測(cè)量軸輪廓時(shí)產(chǎn)生的橫坐標(biāo)值；為第一傳感器測(cè)量軸輪廓時(shí)產(chǎn)生的縱坐標(biāo)值，為第三傳感器測(cè)量軸輪廓時(shí)產(chǎn)生的縱坐標(biāo)值；為被測(cè)截面的理論加工公差值。

32、進(jìn)一步的，步驟s35包括，基于步驟s34的合理范圍，對(duì)所有蝙蝠進(jìn)行全局搜索，將邊界范圍外的蝙蝠放到邊界范圍內(nèi)，使所有蝙蝠在邊界范圍內(nèi)飛行；利用目標(biāo)函數(shù)對(duì)所有蝙蝠的飛行后的位置進(jìn)行求解，得到對(duì)應(yīng)的多個(gè)新解；對(duì)所有新解進(jìn)行相互比較，所有新解中的最大值記為最優(yōu)解。

33、進(jìn)一步的，步驟s2包括如下步驟：

34、s21：對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的任意采樣點(diǎn)，通過(guò)kd-tree建立k鄰域，計(jì)算采樣點(diǎn)與k個(gè)鄰域點(diǎn)的平均距離，若該距離在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則保留該點(diǎn)，否則將其判定為離群噪聲點(diǎn)并移除；

35、；

36、其中，表示采樣點(diǎn)與其k個(gè)鄰域點(diǎn)的平均距離，di表示采樣點(diǎn)到第i個(gè)鄰域點(diǎn)的距離，k表示鄰域點(diǎn)的數(shù)量。

37、s23：計(jì)算k個(gè)鄰域點(diǎn)距離的標(biāo)準(zhǔn)差；

38、；

39、其中，σ表示k個(gè)鄰域點(diǎn)距離的標(biāo)準(zhǔn)差，μ為點(diǎn)云數(shù)量，dj表示第j個(gè)點(diǎn)到其鄰域點(diǎn)的距離。

40、s24：設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)差倍數(shù)的閾值n，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)范圍；

41、；

42、其中，為標(biāo)準(zhǔn)范圍。

43、s25：判斷每個(gè)點(diǎn)與鄰域點(diǎn)的平均距離與標(biāo)準(zhǔn)范圍的大小，若大于該閾值，則被認(rèn)為是離群點(diǎn)去除，反之保留。

44、進(jìn)一步的，軸直徑輪廓點(diǎn)測(cè)量裝置還包括：殼體、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和顯示機(jī)構(gòu)；殼體的底部設(shè)置有開口；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)置于殼體的內(nèi)部；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)于殼體外部的驅(qū)動(dòng)部和伸入殼體內(nèi)的傳動(dòng)部，傳動(dòng)部與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)相連；定位機(jī)構(gòu)與殼體相連，位于殼體的開口側(cè)，用于引導(dǎo)被測(cè)軸實(shí)現(xiàn)徑向定位；顯示機(jī)構(gòu)設(shè)置于殼體的上表面并與移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)電連接；驅(qū)動(dòng)部通過(guò)傳動(dòng)部驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)獲取被測(cè)軸直徑輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)；測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)軸截面輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，并基于點(diǎn)云擬合算法計(jì)算被測(cè)軸直徑；最終由顯示機(jī)構(gòu)輸出被測(cè)軸直徑測(cè)量結(jié)果。

45、本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：采用測(cè)量裝置對(duì)被測(cè)軸直徑輪廓點(diǎn)測(cè)量，通過(guò)濾波去噪，再通過(guò)采用添加有限制蝙蝠位置的邊界規(guī)則的蝙蝠算法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)圓擬合，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)軸直徑的測(cè)量。