[发明专利]基于机器视觉的渐开线圆柱齿轮齿距累积误差测量方法

说明书

本发明涉及一种基于机器视觉的渐开线圆柱齿轮齿距累积误差测量方法，属于机器视觉测量技术领域。先通过设定世界坐标系和假想坐标系写出齿廓渐开线的参数方程，然后在假想坐标系下利用检测点和齿廓渐开线参数方程的关系，求出齿廓上与检测点垂直对应点参数坐标的计算方程，再将该计算方程转换到世界坐标系，据此在世界坐标系X‑Y平面建立齿廓渐开线方程的几何拟合模型；最后，利用拟合齿廓渐开线方程得到的齿轮基圆半径和齿廓渐开线起始角，求出渐开线圆柱齿轮的齿距累积误差。本发明采用机器视觉测量技术，采用几何拟合齿廓渐开线方程的方法，实现了渐开线圆柱齿轮齿距累积误差的非接触测量。且简化了测量过程，改善了测量精度。

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的渐开线圆柱齿轮齿距累积误差测量方法。

背景技术

渐开线圆柱齿轮在加工制造、表面热处理等过程中会不可避免地发生一些不同程度的变形，从而出现较大的齿距累积误差，这些变形或误差若不能被有效精准地测量，在后续的精加工装配或在齿轮传动的过程中将将会带来各种各样的问题，直接影响产品的质量。因此，精确的齿距累计误差是保证齿轮高精度、高性能的重要指标之一，准确、有效地测量渐开线圆柱齿轮的齿距累积误差是在齿轮加工过程中保证产品质量的重要工序，也是在产品加工后进行质量检测的必要手段。

现有的主要测量齿轮齿距累积误差的方法按测量装置是否与被测齿轮接触进行划分，可分为接触测量和非接触测量。接触测量的方法主要包括：游标卡尺测量法、通止规测量法、齿轮周节测量仪测量法等等。接触测量方法工作强度大，效率低，有时在相对比较恶劣或复杂的环境中难以进行测量，无法满足高速、大批量、高精度的齿轮检测。非接触测量的方法一般是指基于光学原理的测量方法，主要有机器视觉测量法、激光准直仪法、结构光测量法等方法。非接触式的测量方法自动化程度较高，提高了检测效率，降低了生产成本。同时，非接触式的测量方法可用于长时间恶劣条件下的测量，也可用于无法进行接触情况下的测量，应用范围比较广，可以承担接触测量无法完成的任务。

机器视觉测量精度高、速度快，可以实现非接触测量。机器视觉测量技术主要通过拍摄物体的图像作为测量的载体，被测尺寸所在的物体表面就是成像平面，利用机器视觉结合图像采集技术、边缘检测技术、角点检测技术和摄像机标定技术等相结合完成高精度地测量。

应用机器视觉技术实现渐开线圆柱齿轮齿距累计误差的方法一般为拍摄齿轮端面图像，提取齿廓图像位置的亚像素坐标，通过标定求出相应坐标系的变换关系，再通过最小二乘代数拟合法拟合渐开线曲线，然后对分度圆上同侧轮廓线间的实际弧长进行测量，再据此计算齿轮的齿距累计误差。

然而，要写出齿廓渐开线方程，就需要建立假想坐标系，且坐标系原点要建在齿轮回转轴线上，所以需要通过齿轮端面中心点的位置确定假想坐标系原点的相对位置。通过拍摄图像拟合齿轮孔边缘曲线的方法可以算出齿轮端面中心点坐标，但由于存在提取孔边缘图像位置和拟合孔边缘曲线的过程，会不可避免地增加最终测量结果的误差。除此之外，在拟合齿廓渐开线曲线时，应用最小二乘代数法进行拟合精度不高，误差较大。如果用最小二乘几何法拟合渐开线方程，由于齿廓渐开线为比较特殊的参数方程，如何用检测点表示出齿廓点参数坐标的计算方程是难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的渐开线圆柱齿轮齿距累积误差测量方法，解决了现有应用机器视觉技术测量渐开线圆柱齿轮齿距累计误差的效率不高，过程繁琐、精度较差的技术问题。本发明充分考虑渐开线圆柱齿轮齿廓渐开线的特点，通过推导直角坐标系下检测的点的坐标和齿廓渐开线极坐标参数方程之间的关系，求解出齿廓上与检测点垂直对应点参数坐标的计算方程，且计算方程中包含齿轮端面中心点的坐标，通过最小二乘几何法拟合齿廓渐开线方程，可以得到齿轮端面中心点坐标的相对位置、齿轮基圆半径以及齿廓渐开线的起始角，据此算出齿距累积误差，具有较好的测量精度，有效地实现了渐开线圆柱齿轮齿距累积误差的非接触测量。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：