阅读说明：本技术 一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置及测量方法 (A kind of bolt pitch measurement device and measurement method based on laser displacement sensor ) 是由 杨炯 张健 梁杰 王帅普 崔松涛 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置及测量方法,本发明首先利用激光位移传感器采集待测螺栓的轮廓信息以形成数据点集合；然后设定阈值将数据点集合中符合要求的数据点筛选后形成新的数据点集合；利用波峰提取算法提取波峰并对相邻波峰之间的距离进行计算；最后根据相邻波峰之间的距离得出螺距,本发明测量方式简单、效率高,而且,本发明在将新的数据点集合构建成数据点曲线并对该数据点曲线进行分段拟合,从而可提高本发明的测量精度。(The present invention provides a kind of bolt pitch measurement device and measurement method based on laser displacement sensor, and the invention firstly uses laser displacement sensors to acquire the profile information of bolt to be measured to form set of data points；Then given threshold will form new set of data points after data point satisfactory in set of data points screening；Wave crest is extracted using wave crest extraction algorithm and the distance between adjacent peaks are calculated；Finally screw pitch is obtained according to the distance between adjacent peaks, measurement method of the present invention is simple, high-efficient, moreover, the present invention new set of data points is built into data point curve and carries out piecewise fitting to the data point curve, so that measurement accuracy of the invention can be improved.)

一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于螺栓螺距测量技术领域，具体涉及一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置及测量方法。

背景技术

目前，测量螺距的测量设备大部分采用螺纹牙规和投影仪进行测量。这些测量设备测量效率低，且测量精度不高，无法满足一些对螺栓螺距测量精度比较高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量效率高且测量精度高的基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置及测量方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置，包括实验台、与上位机相连的激光位移传感器、用于安装激光位移传感器的固定轴以及多个用于放置待测螺栓的V型块，该测量装置用于对待测螺栓的螺距进行测量，多个所述的V型块沿实验台的长度方向间隔设置且待测螺栓放置在多个所述的V型块的顶部，固定轴沿竖直方向设置且固定轴的底端通过固定板与实验台固定连接，固定轴的顶端设置有立柱支架，激光位移传感器通过传感器安装板与立柱支架相连。

进一步的，所述V型块的顶部开设有用于放置待测螺栓的的V型槽。

进一步的，所述固定轴的中心轴线与实验台所在的平面垂直。

一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置的测量方法，包括以下步骤：首先利用激光位移传感器采集待测螺栓的轮廓信息以形成数据点集合；然后设定阈值将数据点集合中符合要求的数据点筛选后形成新的数据点集合；利用波峰提取算法提取波峰并对相邻波峰之间的距离进行计算；最后根据相邻波峰之间的距离得出螺距。

进一步的，定义所述的数据点集合为{Q_i(x_i,y_i)}，其中0<i<800mm，设定阈值为u，如果y_i>u，把点Q_i(x_i,y_i)存储到新的数据点集合中，以形成新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}；

在新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}中，如果有数据点满足y_i>y_i-1且y_i>y_i+1，则将符合要求的数据点提取为波峰Q₁(x_i,y_i)，设新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}中每两个相邻数据点间的距离为固定值q，则可求得相邻波峰之间的距离为:最后根据相邻波峰之间的距离即可得出螺距。

进一步的，在形成新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}后，还包括以下步骤：将新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}构建成数据点曲线并对该数据点曲线进行分段拟合。

进一步的，在对数据点曲线进行分段拟合时采用B样条曲线拟合算法分段拟合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先利用激光位移传感器采集待测螺栓的轮廓信息以形成数据点集合；然后设定阈值将数据点集合中符合要求的数据点筛选后形成新的数据点集合；利用波峰提取算法提取波峰并对相邻波峰之间的距离进行计算；最后根据相邻波峰之间的距离得出螺距，本发明测量方式简单、效率高，而且，本发明在将新的数据点集合构建成数据点曲线并对该数据点曲线进行分段拟合，从而可提高本发明的测量精度。

附图说明

图1是一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置的整体结构示意图；

图中标记：1、固定轴，2、立柱支架，3、传感器安装板，4、激光位移传感器，5、待测螺栓，6、V型块，7、实验台，8、固定板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置，包括实验台7、与上位机相连的激光位移传感器4、用于安装激光位移传感器4的固定轴1以及多个用于放置待测螺栓5的V型块6，该测量装置用于对待测螺栓5的螺距进行测量，多个所述的V型块6沿实验台7的长度方向间隔设置且待测螺栓5放置在多个所述的V型块6的顶部，固定轴1沿竖直方向设置且固定轴1的底端通过固定板8与实验台7固定连接，此处，固定板8可以设置有多个，多个固定板8均为带有螺纹通孔的方形铝板，多个固定板8通过螺钉固定在实验台7上；固定轴1的顶端设置有立柱支架2，激光位移传感器4通过传感器安装板3与立柱支架2相连，激光位移传感器4的激光发射端正对待测螺栓5的螺纹段，激光位移传感器4采集到的轮廓信息以数据点的形式传送到上位机系统(未在图中画出)以进行数据的处理及螺距的计算。

进一步优化本方案，所述V型块6的顶部开设有用于放置待测螺栓5的的V型槽。

进一步优化本方案，所述固定轴1的中心轴线与实验台7所在的平面垂直。

一种基于激光位移传感器的螺栓螺距测量装置的测量方法，包括以下步骤：首先利用激光位移传感器4采集待测螺栓5的轮廓信息以形成数据点集合；然后设定阈值将数据点集合中符合要求的数据点筛选后形成新的数据点集合；利用波峰提取算法提取波峰并对相邻波峰之间的距离进行计算；最后根据相邻波峰之间的距离得出螺距。

进一步优化本方案，定义所述的数据点集合为{Q_i(x_i,y_i)}，其中0<i<800mm，设定阈值为u，如果y_i>u，把点Q_i(x_i,y_i)存储到新的数据点集合中，以形成新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}；

在新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}中，如果有数据点满足y_i>y_i-1且y_i>y_i+1，则将符合要求的数据点提取为波峰Q₁(x_i,y_i)，设新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}中每两个相邻数据点间的距离为固定值q，则可求得相邻波峰之间的距离为:最后根据相邻波峰之间的距离即可得出螺距。

进一步优化本方案，在形成新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}后，还包括以下步骤：将新的数据点集合{P_i(x_i,y_i)}构建成数据点曲线并对该数据点曲线进行分段拟合。

进一步优化本方案，在对数据点曲线进行分段拟合时采用B样条曲线拟合算法分段拟合。

对数据点曲线进行分段拟合的过程具体如下：

首先计算数据点的参数值和节点矢量U，然后建立并求解未知控制顶点的线性最小二乘问题。设给定m+1个有序数据点Q₀,Q₁,···,Q_m(m≥n)，逼近曲线次数k≥1,k次B样条曲线为：

满足端点约束即插值两端数据点Q₀＝P(0),Q_m＝p(1)，其余数据点Q_i(i＝1,2,···,m-1)在最小二乘意义上被逼近，即目标函数：

逼近曲线一般不精确过内数据点Q_i，且不是在曲线上距离q_i的最近点，设

将参数值及上式带入前式，则有

应用标准的线性最小二乘拟合技术，欲使目标函数f最小，应使它关于n-1个控制顶点d_i(j＝1,2,···,n-1)的导数等于零。它的第l个导数为：

可得到

于是

定义一个以控制顶点d₁,d₂,···,d_n-1为未知量的线性方程组，l＝1,2,···,n-1，则得到含n-1个该未知量的n-1个方程的方程组为：

(N^TN)D＝R

N是(m-1)×n-1阶标量矩阵

N^T是N的转置阵，R和D都是含有n-1个矢量元素的矩阵

上述用于B样条曲线逼近的最小二乘算法，已知数据点集{P}，即可拟合出分段B样条曲线。

当存在小缺口的时候，直接用点数量乘以点的间距存在较大误差，为了减小误差，拟合三次B样条函数可以弥补点的缺失，提高测量的精度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。