[发明专利]一种基于主动视觉的齿轮测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种基于主动视觉的齿轮测量装置及测量方法，属于高精度检测技术领域。该测量装置包括基座,基座上设有三维移动平台,三维移动平台包括相互垂直的XYZ轴导轨，各轴导轨上均设置有光栅位移传感器；Z轴导轨上滑动设有滑架，滑架上设有相连接的工业相机和镜头，工业相机的输出端连接上位机，背景光源固定在基座上；每个位移传感器均连接控制器，用于计算三维移动平台的定位信息；控制器连接上位机，上位机通过给所述控制器发送命令实现对三维平台的运动控制和获取定位信息。本发明能有效对尺寸范围为50mm‑500mm内的齿轮实现高精度的非接触式测量，达到降低成本的效果。

技术领域

本发明涉及齿轮的检测技术领域，尤其涉及一种基于主动视觉的齿轮测量装置及测量方法。

背景技术

齿轮是机械领域中应用最广泛的传动零件。因其传动平稳，噪声小，形状结构多样，形状大小参数灵活可调，传动比恒定的优良特性，齿轮的应用面涵盖了生活、军事领域的方方面面，小到机械手表、儿童玩具，大到汽车、轮船、航空航天飞行器。

随着科学技术的快速发展，各应用领域对齿轮质量提出了更高的要求，如传动更加平稳、传动噪声更小，而决定这些的是齿轮质量的好坏，生产加工出的齿轮参数是否达到设计要求，特别是齿廓质量的好坏直接影响到齿轮的传动性能。为了保障生产出的齿轮质量，需要对加工的齿轮进行参数测量。

由于齿轮形状复杂，测量参数众多，导致齿轮参数测量一直是一个难点，特别是渐开线齿形的测量。现有的齿轮测量设备价格十分昂贵，测量方法大多是手工测量、接触式测量，这种测量方式对测量人员的要求较高且劳动强度大，有些甚至需要专业的培训，测量效率很低，且测量结果有较大随机性，测量结果较大程度上依赖于测量人员的操作水平和工作状态，而且接触式测量容易造成齿轮表面质量的损坏。

随着信息技术的不断发展，机器视觉技术逐渐进入测量领域。机器视觉测量技术利用工业相机采集被测物的图像，再将图像传送到上位机，上位机再利用测量软件分析测量。机器视觉有很多传统测量方法不能比拟的优良特性。基于机器视觉的齿轮测量系统一般由照明装置，工业相机、镜头、上位机和相应的测量软件组成。它的原理是，由照明系统发出的光凸显齿轮的轮廓，镜头将光线聚集在CMOS面阵上，CMOS再将采集到的光信号转换成电荷信号，并传输到计算计，相应的测量软件进行测量分析齿轮的各个参数尺寸。

现有的工业相机像素普遍还较低，像素高的相机成本太高；相机镜头都存在一定变形，虽然远心镜头的成像畸变很低，但是视野太小，且价格十分昂贵。以上两个问题严重影响了机器视觉在齿轮测量中的精度。

现有技术1中公开了一种利用机器视觉的方法对齿轮进行测量：系统由相机、镜头、背景光源、齿轮、上位机，相机安装固定支架组成。对齿轮进行全局图像拍摄，利用形态学方法对齿轮进行图像处理，缺陷检测和参数测量,存在以下缺陷：

(1)由于只是对齿轮拍摄了一幅全局图像进行测量，分辨率较低，特别是对于尺寸稍大的齿轮，并且齿轮的各齿的尺寸相对于整个齿轮来说太小。这会严重影响测量的精度。

(2)相机镜头存在畸变，导致齿轮成像变形，即使经过矫正，仍然无法完全消除，对测量精度产生较大影响。

(3)方法中应用的图像形态学方法本身的精度很低。

现有技术2中公开了一种利用远心镜头拍摄全局的齿轮图像进行齿轮参数测量。远心镜头的畸变很小，能很大程度上减小透镜成像畸变对测量精度的影响。远心镜头的视野很小，并且价格十分昂贵。一般只能对直径小于100mm的齿轮进行测量。比如该技术方法中使用的远心镜头视野为56mm*48mm，超过该尺寸的齿轮便无法测量。

现有技术3中该视觉测量系统采用远心镜头，远心镜头的畸变很小，能很大程度上减小透镜成像畸变对测量精度的影响。但是由于远心镜头的视野很小，导致单次图像采集无法采集到齿轮的全局图像，利用二维基座的位置反馈来实现对齿轮类似于扫描仪似的图像采集，对图像实现一行一行的扫描成像。最后再处理分析得到的齿轮全局图像。