[发明专利]基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的齿轮测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的测量装置，其特征在于，包括底座、安装在底座上的旋转工作台、对称安装在所述旋转工作台两侧的支承立柱以及连接在两个所述支承立柱之间的桁架；所述旋转工作台上设有用于固定齿轮的齿轮固定器，所述桁架上设有迎向所述被测齿轮的激光器，所述支承立柱上分别设有一组迎向被测齿轮的双目相机，所述激光器设置在所述双目相机的上方。

2.根据权利要求1所述的基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的测量装置，其特征在于，所述支承立柱迎向旋转工作台的一侧设有垂直延伸的第一滑槽，所述第一滑槽内设有可沿所述第一滑槽上下滑动的相机支架。

3.根据权利要求2所述的基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的测量装置，其特征在于，所述支承立柱迎向旋转工作台的一侧设有垂直延伸的第二滑槽，所述桁架的两端安装在所述第二滑槽，且和沿第二滑槽上下滑动。

4.根据权利要求1所述的基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的测量装置，其特征在于，所述齿轮固定器为内三角卡盘。

5.一种基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的齿轮测量方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-3任一所述的测量系统进行齿轮测量，具体包括步骤：

S1：利用激光器向被测齿轮的表面发射激光束，同时通过两组双目工业相机分别在左右两边采集被测齿轮齿廓上的光条图像，然后对采集到的光条图像进行处理得到光条图像的光条结构中心点集合；

S2：利用Hessian矩阵确定图像中光条中心的法线方向，再通过求解法线方向上的极值点得到线条边缘的子像素级位置，最后采用链接约束方法去除错误光条中心点，将正确的光条中心链接在一起形成多个光条线段；

S3：获得光条线段的图像坐标，再将相机对应坐标系下的点云数据转换到世界坐标系下，然后通过旋转工作台匀速持续的转动180°，不断获得被测直齿圆锥齿轮的齿廓坐标信息，完成被测齿轮的全局测量。

6.根据权利要求5所述的基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的齿轮测量方法，其特征在于，步骤S1中所述的对采集到的光条图像进行处理得到光条图像的光条结构中心点集合具体包括：

S11：采用图像差影法和阈值分割法结合处理将左右工业相机采集到的光条图像从背景图像中分割出来；

S12：将分割出来的光条图像进行灰度化处理，

S13：然后对经灰度化处理的光条图像沿着Y轴进行扫描得到每一行的光条像素点，对每一行像素点集合采用高斯曲线拟合法拟合，得到每一行曲线峰值位置即为每一行光条图像的光条中心位置，沿Y轴扫描每一行即可获得整个光条的结构中心点集合。

7.根据权利要求6所述的基于双目线结构光的直齿圆锥齿轮的齿轮测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21：根据图像光条的宽度信息，选取适用于大部分宽度的均方差σ₀值，求取光条中心及其法线方向

其中，s_mm，s_mn，s_nn为图像R(m，n)的二阶偏导数，由图像与高斯卷积核的二阶导数卷积核T_mm，T_mn，T_nn卷积得到；W(m,n)的最大绝对特征值的特征向量为光条的法线方向，记为r(t)＝(r_m,r_n)^T；

S22：对图像点(m_i,n_i)其邻域范围的灰度分布函数进行二阶泰勒展开，光条图像中心的亚像素坐标为

其中，

满足的亚像素点作为光条图像中心点；

S23：根据线条方向和距离约束完成光条图像中心链接，形成多个光条线段，以用于匹配；同时，光条链接可以去除提取出的错误光条中心点，选取与当前光条方向相容的三邻域像素内的光条点作为候选点；若存在多个候选点，则选取候选点与当前光条中心点的距离最小的中心点为链接点；

S24：遍历所有光条中心点，完成所有光条线段的链接。