[发明专利]基于数字光栅的六自由度齿轮测量系统

说明书

本发明公开了一种基于数字光栅的六自由度齿轮测量系统，包括六自由度并联机构、设置于六自由度并联机构顶部的上平台和用于对待测齿轮投影并采集数字光栅的光学系统；所述上平台上还设置有用于安装待测齿轮的固定装置和连接于固定装置与上平台之间可用于驱动固定装置绕待测齿轮的中心轴线转动的旋转装置；能够驱动待测齿轮六自由度精确运动，保证测量精度较高，并且易于驱动待测齿轮全方位转动，保证能够测量齿轮全貌；结构简单实用，利于推广。

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种基于数字光栅的六自由度齿轮测量系统。

背景技术

齿轮测量是齿轮质量监测的重要手段，其测量方法分为接触式测量和非接触式测量。传统的齿轮测量方法大部分属于接触式测量，如三坐标测量机等。但因其测量速度慢，其接触式探头会对被测物体表面产生作用力而改变其形貌，引起测量误差。测头本身具有一定立体尺寸，故其也不适用于小模数齿轮测量。

随着机器视觉和计算机技术的发展，出现了以光学测量为代表的非接触式测量。光学三维测量技术按照成像照明方式的不同通常可以分为被动三维测量和主动三维测量两大类。主动三维测量技术采用不同的投射装置向待测齿轮投射不同种类的结构光，并拍摄经待测齿轮表面调制而发生变形的结构光图像，然后从携带待测齿轮表面三维形貌信息的图像中计算出被测物体的三维形貌数据。

以相位测量轮廓术(PMP)为例，PMP基本思想是通过有一定相位差的多幅光栅条纹图像计算图像中每个像素的相位值，然后根据相位值计算物体的高度信息。此方法至少需要三幅光栅图像才能进行相位计算，且待测齿轮在拍摄过程中需要保持稳定姿态。由于齿轮本身具有三维立体形状，故在某个特定的角度，齿轮的正面能够被投影仪投出的数字光栅束所覆盖，而其背面会被阴影所遮挡，因此无法获取被遮挡部分的三维型貌信息。而在工业CCD摄像机采集图像的过程中，在某个特定角度也只能得到齿轮部分的三维型貌信息，因此要完成整个齿轮的测量工作，必须从多个方位进行测量和三维点云计算后，将各个方向的测量结果进行拼接，最终实现一个齿轮完整的三维重建工作。因此，齿轮测量过程中必须保证其能实现六个自由度(X、Y、Z、θX、θY、θZ)的自由运动。由于各式齿轮大部分都具中心轴线，且有一个方向的尺寸远小于其它两个方向的尺寸，要能实现其外型完整的三维重建过程，X、Y、Z、θX、θY五个方向只需在小范围内移动，而其绕中心轴线方向(如θz方向)必须要实现360°旋转。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于数字光栅的六自由度齿轮测量系统，能够驱动待测齿轮六自由度精确运动，保证测量精度较高，并且易于驱动待测齿轮全方位运动，保证测量结果准确。

本发明的基于数字光栅的六自由度齿轮测量系统，包括六自由度并联机构、设置于六自由度并联机构顶部的上平台和用于对待测齿轮投影并采集数字光栅的光学系统；所述上平台上还设置有用于安装待测齿轮的固定夹具组件和连接于固定夹具组件与上平台之间可用于驱动固定夹具组件绕待测齿轮的中心轴线转动的旋转装置。

进一步，所述光学系统包括数字光栅投影仪、工业CCD相机、用于支撑数字光栅投影仪和工业CCD相机的光学元件安装台和位于光学元件安装台下侧的支撑箱体，所述支撑箱体与设置于六自由度并联机构底部的下平台通过连接杆一体成型。

进一步，所述光学元件安装台的台面设置有多个等距排列的安装槽，所述数字光栅投影仪和工业CCD相机底部均设置有与安装槽配合的定位凸起。

进一步，所述固定夹具组件的下端固定外套设置有法兰盘，所述法兰盘适形、固定于旋转装置的旋转圈。

进一步，所述上平台和下平台均为近似三角形结构，所述六自由度并联机构包括六根伸缩杆，两根伸缩杆形成一V形支腿，三个V形支腿的下端分别铰接安装于下平台对应角，单个V形支腿两上端分别铰接安装于上平台的两个角。