[发明专利]一种直柄麻花钻同轴度误差测量方法

权利要求书

1.一种直柄麻花钻同轴度误差测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：利用直柄麻花钻三维测量装置采集直柄麻花钻轮廓数据，得到集合RS＝{(x_ij,z_ij)|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，I表示直柄麻花钻旋转360°时线激光轮廓仪扫描的帧数，J为线激光轮廓仪单帧获取到的点数，x_ij和z_ij对应线激光轮廓仪采集到第i帧的第j个点的横向坐标值和深度值；

步骤2：根据式(1)对RS进行转换并得到直柄麻花钻三维点云数据集合S＝{(x″_ij,y″_ij,z″_ij)|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}；

其中，(x″_ij,y″_ij,z″_ij)表示转换得到的三维点云数据；

步骤3：采用高斯混合模型将S中的三维点云数据分为两类，得到类别集合PF＝{pf_ij|i＝1,2,…,I,j＝1,2,…,J}，pf_ij表示对应于第i帧第j个三维点云数据(x″_ij,y″_ij,z″_ij)的类别标签，pf_ij∈{0,1}，pf_ij＝0表示(x″_ij,y″_ij,z″_ij)为非刃背点云数据，pf_ij＝1表示(x″_ij,y″_ij,z″_ij)为刃背点云数据；

步骤4：计算得到直柄麻花钻轴线最大偏差位置，具体步骤包括：

步骤4.1：从RS中选取四帧数据并分别表示为CA、CB、CC和CD，CA＝{(x_aj,z_aj)|j＝1,2,…,J}、CB＝{(x_bj,z_bj)|j＝1,2,…,J}、CC＝{(x_cj,z_cj)|j＝1,2,…,J}和CD＝{(x_dj,z_dj)|j＝1,2,…,J}，其中，和其中，a、b、c和d表示从RS选取的四帧帧号，a为任意选取的满足0＜a≤I/4的整数，b、c和d根据式(2)计算得到；

步骤4.2：遍历集合CA，将所有满足式(3)的二元组(x_aj,|z_aj-z_cj|)构成新的临时集合并记为ABSH＝{(x_h,z_h)|h＝1,2,…,H}；

x_aj＝x_cj且pf_aj＝1且pf_cj＝1 (3)

其中，(x_aj,z_aj)∈CA，(x_cj,z_cj)∈CC，pf_aj∈PF，pf_cj∈PF，H表示集合ABSH中的元素个数；

步骤4.3：遍历集合CB，将所有满足式(4)的二元组(x_bj,|z_bj–z_dj|)构成新的临时集合并记为ABSV＝{(x_v,z_v)|v＝1,2,…,V}；

x_bj＝x_dj且pf_bj＝1且pf_dj＝1 (4)

其中，(x_bj,z_bj)∈CB，(x_dj,z_dj)∈CD，pf_bj∈PF，pf_dj∈PF，V表示集合ABSV中的元素个数；

步骤4.4：对集合ABSH和ABSV做正交合成，即遍历ABSH的元素，将所有满足x_h＝x_v的二元组构成轴线偏差集合并记为SquABS＝{(x_s,r_s)|s＝1,2,…,S}；其中，(x_h,z_h)∈ABSH，(x_v,z_v)∈ABSV，S表示集合SquABS中的元素个数；

步骤4.5：根据集合SquABS采用二次样条插值法构造轴线偏差函数并记为r＝f(x)，其中，min{x_s|s＝1,2,…,S}≤x≤max{x_s|s＝1,2,…,S}；

步骤4.6：根据式(5)计算得到轴线偏差函数f(x)的最大值对应的横坐标xm；

步骤4.7：遍历集合S，根据式(6)得到轴线最大偏差位置的横坐标xsm；

其中，x″_ij表示集合S中的元素(x″_ij,y″_ij,z″_ij)中的x″_ij，abs()表示取绝对值的函数，pf_ij∈PF；

步骤5：计算得到直柄麻花钻同轴度误差C_e，具体步骤包括：

步骤5.1：遍历集合S，将所有满足式(7)的三元组(x″_ij,z″_ij,i)构成新的临时集合并记为WP＝{(x″_w,z″_w,i_w)|w＝1,2,…,W}；

x″_ij＝xsm且pf_ij＝1 (7)

其中，i_w∈{1,2,...,I}，i_w表示帧序号，W表示集合WP中的元素个数，pf_ij∈PF；

步骤5.2：遍历集合S，将所有满足x″_ij＝xh的三元组(x″_ij,z″_ij,i)构成新的临时集合并记为HP＝{(x″_p,z″_p,i_p)|p＝1,2,…,P}，其中，xh表示已标定的柄部基准位置在集合S中的横坐标，i_p∈{1,2,…,I}，i_p表示帧序号，H表示集合HP中的元素个数；

步骤5.3：根据式(8)将集合WP转换为新的集合u为标识符，用于表示是集合WPT的元素；

其中，为转换后的集合元素，(x″_w,z″_w,i_w)∈WP，D表示已标定的线激光轮廓仪距离旋转台轴线的距离；

步骤5.4：根据式(9)，集合HP转换为新的集合v为标识符，用于表示为是集合HPT的元素；

其中，表示转换后的集合元素，(x″_p,z″_p,i_p)∈HP；

步骤5.5：采用最小二乘圆法拟合集合WPT和HPT，得到两个拟合的二乘圆，并将这两个二乘圆的圆心分别记为(ys,zs)和(y₀,z₀)；

步骤5.6：根据式(10)计算得到直柄麻花钻同轴度误差C_e：