[发明专利]一种激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法

权利要求书

1.一种基于激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法，该方法可以应用到如下的硬件系统中：

用于齿轮表面扫描的激光视觉传感器2个；

用于上位机软件控制，数据处理的计算机；

用于运动定位控制的伺服控制器；

用于X轴往返直线运动的精密电控平移台1台；

用于圆周运动的精密电控旋转台1台；

用于实验测试及固定设备的光学平台；

用于固定激光视觉传感器的万向旋转支架、固定精密电控平移台与精密电控旋转台间的转接板、固定被测工件的工装夹具；

所述的一种基于激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法，其特征是，包括以下几个步骤：

步骤1：将精密平移台与精密电控旋转台通过一块转接板固定，并安装在光学平台上，再将工装夹具固定在精密电控平台上，形成测量工作台，分别用两个万向旋转支架固定住两个同型号的激光视觉传感器，所述激光视觉传感器安装位置距离工作台55mm～75mm的位置，调整所述激光传感器视角，让被测工件处于可测范围，两个激光视觉传感器分别扫描齿轮同一个齿的左右齿面，各自构成一个独立的测量系统，以下均仅以一个测量系统为例；

步骤2：齿轮测量系统进行的标定，所述激光视觉传感器的重复性误差用标准量块来校核，若激光视觉传感器的重复性误差不超过2μm，则此激光视觉传感器符合实验测量要求，给所述工作台发出直线运动命令，所述激光视觉传感器在工装夹具上往返扫描一次，观察所述激光视觉传感器所得的位移读数变化，若在5μm范围之内，则工作台的直线度符合实验要求，给所述工作台发出旋转工作命令，此时所述激光视觉传感器在所述工装夹具上扫描一周，分析所述激光视觉传感器所得的位移读数变化，在5μm范围内认为同轴度合格，若超出，则作调整；

步骤3：所述激光视觉传感器与被测齿轮之间的位置标定，将一个以所述被测齿轮齿顶圆尺寸设计的精磨圆柱1安装到工装夹具上，此时将激光视觉传感器的视角扫描到所述精磨圆柱1上B点，激光射出点为A，测得位移读数d₁，卸下所述精磨圆柱1，换上一个以所述被测齿轮齿根圆尺寸设计的精磨圆柱2，所述激光视觉传感器在所述精密圆柱2的上扫描点为C，测得位移读数d₂，测出所述被测齿轮中心点O与所述激光视觉传感器二者之间距离OA，AB、AC在一条直线上，连接BC两点，得到直线BC，从O点作AC延长线的垂线，交于点D，连接OC、OB，齿轮中心和传感器连间的连线OA与激光射线AB间存在一定夹角，记为α，

设OA＝S，AB＝d₁，AC＝d₂，BC＝l，DC＝p，OD＝q，OB＝r₁，OC＝r₂，

q²+p²＝r₂²    (1)

r₁²＝q²+(p+(d₂-d₁))²    (2)

由(1)，(2)可得：

q=r22-p2---(3)]]>

p=r22-r12-(d2-d1)22(d2-d1)---(4)]]>

由上述公式可知：

S=q2+(p+d2)2---(5)]]>

由三角形关系可知：

α＝arcsin(q/S)    (6)

已知传感器在检测过程中位置不变，故传感器到齿轮的中心的距离S为定值，α也为定值，因此传感器检测到的任意位置距离d与此处齿轮的半径R的关系可由余弦定理得出：

R=S2+d2-2sdcosα---(7)]]>

通过式(7)可找准齿轮分度圆位置；

步骤4：将需要测量的齿轮安装到工装夹具上，找准分度圆位置后开始测量，在测量同型号齿轮的情况下，系统位置无需再做调整，所述的两个激光视觉传感器分别扫描齿轮同一个齿的左右齿面，所述工作台平移，激光扫面得到一条齿向线数据，等时间间隔读出25个齿向数据，扫描同一条齿向线3次，得出3组数据，所述齿轮共需测出4个齿的8条齿向线数据，便可以对该齿轮进行精度评估以及分类；

至此测量结束。