[发明专利]一种基于主动视觉的齿轮测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于主动视觉的齿轮测量方法，包括基座和三维移动平台，所述三维移动平台包括相互垂直的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨，所述Y轴导轨与所述基座水平固定，所述Y轴导轨上设有沿所述Y轴导轨滑动的第一支撑架，所述X轴导轨设置在所述第一支撑架上，所述Z轴导轨设置在所述X轴导轨上并沿所述X轴导轨滑动，所述X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨上均设置有位移传感器，所述Z轴导轨上设置有沿所述Z轴导轨滑动的滑架，所述滑架上设有视觉系统；

所述视觉系统包括相连接的工业相机和镜头，所述工业相机连接上位机，所述上位机实时控制镜头调焦和工业相机采集图像，以及对采集的图像进行处理，所述工业相机的光轴和所述基座垂直；

所述三维移动平台通过控制器驱动伺服电机使所述视觉系统沿X轴导轨或Y轴导轨或Z轴导轨移动；每个所述位移传感器均连接所述控制器，用于计算三维移动平台的定位信息；所述控制器连接上位机，所述上位机通过给所述控制器发送命令实现对所述三维移动平台的运动控制和获取定位信息；

在所述基座上设置有高亮LED灯背景光源；

在远离所述Y轴导轨的基座的一端与所述X轴导轨之间设置有随所述第一支撑架移动的第二支撑架，所述第二支撑架与所述X轴导轨固定连接，所述第二支撑架与所述基座滑动连接；

所述工业相机采用的是工业CCD相机，所述工业CCD相机的分辨率是2448×2050；

所述镜头通过软件方法调焦；

其特征在于，将工业相机固定在三维移动平台上，实现齿轮不同局部图像的采集，上位机对采集的图像进行处理以及调节相机镜头的焦距实时对齿轮局部放大成像，所述齿轮测量方法包括全局粗略测量和局部精确测量，具体包括以下步骤：

(1)标定工业相机各焦距对应的透镜畸变参数并存储；以及对各焦距进行系统标定，得到像素当量表；

(2)使用工业相机采集齿轮的全局图像；读取当前焦距对应的透镜畸变参数，并根据所述透镜畸变参数对所述全局图像进行图像变形矫正；

(3)上位机提取所述全局图像的齿轮轮廓，以一最小圆包围齿轮轮廓，该圆为齿顶圆，得到齿顶圆直径d_a及齿轮中心；计算齿轮轮廓上的点到齿轮中心的最短距离，该最短距离的两倍为齿根圆直径d_f；

(4)上位机根据所述齿顶圆直径和齿根圆直径和的一半d_m＝(d_a+d_f)/2，作一分割圆把各齿分为齿顶部分和齿根部分，分割出的齿顶轮廓数为齿数z，模数m＝(d_a-d_f)/4.5，分度圆直径d＝m×z；

(5)上位机将所述分割圆和各齿的两个交点连线的中点，确定为齿轮各齿的中心；

(6)控制器通过三维移动平台将工业相机移动到步骤(3)所确定的齿轮中心，采集齿轮内孔图像，提取内孔轮廓，采用最小二乘法对所述内孔轮廓进行圆拟合，得到精确的内孔直径和齿轮中心；

(7)根据步骤(5)所确定的齿轮各齿的中心，工业相机采集齿轮局部放大图像；

(8)上位机根据采集的局部放大图像，提取齿轮轮廓，根据像素当量表将每张局部放大图像中轮廓的图像坐标转换成基座坐标；计算齿轮轮廓上的点到齿轮中心的距离，根据距离分割出每张局部放大图像中的各齿的轮廓，去掉重复的齿，得到各齿的轮廓；

(9)上位机根据提取的局部放大图像中各齿的轮廓和齿轮中心，精确测量齿顶圆直径、齿根圆直径、齿距偏差以及齿廓偏差。