[发明专利]直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光测量领域，特别涉及一种直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量 方法。

背景技术

近年来，以汽车产业为代表的制造工业在我国得到了迅猛的发展。作为制造业中 传动系统的重要零件，齿轮的制造技术也随之得到了大幅的提高。我国制造业的总体发展 战略之一就是将中国发展成为全球工业用齿轮的制造与供应基地，这一点也得到了国内多 数齿轮制造商的认可。装备制造业的复苏、航天航空供应的崛起、IT行业的快速发展和造船 业的兴盛，对齿轮制造业提出了更高的要求，同时也提供了前所未有的机遇。

现今，无论是国企还是民企，大家一方面在扩大所能生产的齿轮的种类和产量，另 一方面更加关注于提高齿轮的制造质量。为此，大量企业在革新工艺、购置设备、引进技术、 强化信息管理等技术的改造和提升方面做了大量的投入；同时，企业更加重视齿轮制造全 过程的监控与检测技术，并将其列为确保齿轮生产质量的一个重要环节。为了提升国产齿 轮质量，提高国产齿轮测量仪器的市场占有率，必须研发具有自主知识产权的测量测量技 术。

通常，可以将齿轮各项参数的测量方法分为接触式测量和非接触式测量。传统的 渐开线齿形误差测量方法大部分属于接触式测量，很难实现齿轮的原位测量。

如果能将激光视觉测量技术应用到齿轮参数的测量之中，则会具有很多优点：

(1)易于信息集成和管理，可实现智能检测；

(2)速度快，测量过程可以快速扫描，不用逐点测量；

(3)可用于恶劣条件下的长时间测量，或者无法进行接触测量的情况；

(4)可以直接测量软性物体、薄壁物体和高精密零件。

目前，激光视觉技术的测量对象大多是大型自由曲面的三维尺寸，这种应用对激 光视觉技术的测量精度要求不高。在机械工业领域，齿轮是应用最多的零件之一，对齿轮表 面的三维实体测量的精度要求更高，以往的方法或者无法达到较高的测量精度，或者实现 起来成本较高。因此，这些方法在实际应用中都受到了或多或少的限制。本发明的研究工作 正是在这种背景下提出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光视觉成像系统的凸轮轴直径尺寸在线测量 方法，克服了现有非接触检测方法的不足，保证了较低的硬件成本、较高的检测效率和较好 的测量精度。是一种更有效的直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差的在线非接触检测方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，基于一字线激光视觉成像系 统，建立渐开线齿形误差的测量模型，结合光条中心线检测技术、角点检测技术和摄像机标 定技术等实现被测目标的测量，其包括以下步骤：

1)标定激光主动照明下的视觉成像模型；

2)标定伪光平面方程参数；

3)计算齿廓表面被测点三维坐标；

4)计算齿廓表面渐开线齿形误差。

在上述技术方案中，步骤1)中所述的标定激光主动照明下的视觉成像模型包括标 定CCD摄像机的内参和畸变系数，以及激光光平面的平面参数，基于张正友提出的摄像机平 面标定算法，使用高精度标定板在不同姿态下图像的角点坐标，标定出摄像机内部参数和 镜头的畸变系数，具体过程包括下列步骤：

1.1)利用CCD摄像机采集10幅标定板在不同姿态下的图像；

1.2)使用Bouguet工具箱检测出图像中角点的亚像素坐标；

1.3)基于张正友提出的摄像机平面标定算法，利用检测得到的角点的像素坐标和 世界坐标求解摄像机内参、畸变系数和外参的初值；

1.4)利用CCD摄像机采集6幅共面标靶图像；

1.5)使用Bouguet工具箱检测出图像中角点的亚像素坐标，应用Steger算法检测 出图像中光条中心点的亚像素坐标，利用所有不同姿态的共面标靶图像中提取到的特征点 的像素坐标和世界坐标，对摄像机内参、畸变系数和光平面参数进行优化求解，此优化问题 可采用Levenberg-Marquardt(L-M)法求解。

在上述技术方案中，步骤2)中所述的标定伪光平面方程参数，是利用齿轮回转轴 线的方向向量和步骤1)所述的激光光平面的平面参数建立垂直于齿轮回转轴线的伪激光 光平面，并计算该伪光平面方程参数，具体过程包括以下步骤：