[发明专利]基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法

说明书

本发明提供一种基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，本发明通过采集到的小模数齿轮图片进行边缘提取，并利用数据分离获得各个轮齿的廓数据点；然后对各个齿廓数据点进行最小二乘拟合圆作为其渐开线曲线，通过拟合出的圆与分度圆的交点作为齿轮齿距偏差的测量数据点，从而可以测得齿廓误差以及齿轮中心、齿顶圆半径、齿根圆半径、齿数、模数、齿顶高系数、齿顶高变动系数、变位系数、压力角以及齿距等参数，实现了对小模数齿轮的非接触测量，不受齿轮尺寸的限制，而且测量速度快，操作简便，尤其适合测量小模数齿轮。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及一种基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法。

背景技术

齿轮是传递运动和动力的机械元件，是机械装备的重要基础件。随着装备制造业的需求及发展，齿轮业在汽车、轮船、飞机及军工等装备中越来越显示出其重要的地位并成为了国民经济的重要支柱产业。小模数齿轮通常指模数小于1mm的齿轮，微小模数齿轮是指模数小于0.1mm的齿轮，微小齿轮是指尺寸小于10mm的微小模数齿轮。小模数齿轮尺寸小、齿槽间隙小，影响齿轮的分析式测量；齿轮惯性小、轮齿刚性差，影响齿轮的功能性测量；若采用传统的齿轮测量技术和仪器，测头难以进入齿槽，操作困难，稍有不慎易碰撞损坏；且仪器测杆刚性差，齿轮误差难以提取，测量精度和重复性都无法保证，甚至根本无法实施测量；因而对小模数齿轮(特别是微小模数齿轮)，其测量技术的研究还远远不能够满足实际生产的需求。因此，研究能够快速实现微小齿轮的精确检测技术有着重要的理论意义和重要的实际工程价值。

小模数齿轮齿槽空间小、齿轮刚度差、易变形，中心孔径影响定位问题，在实际齿轮测量中，面临装夹困难，很难找到测量基准，在实际测量工件时，尤其是对一些不带芯轴的齿轮工件进行测量时，工件回转中心与齿轮的测量中心的回转中心往往不重合，安装偏心对齿轮误差和齿廓误差等的测量结果均带来直接的影响，其中，偏心对齿距的影响最大，安装偏心以近二倍的关系影响着齿距累计偏差。这导致了传统的测量方法已经不能满足小模数齿轮的测量要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量速度快、操作简便且尤其适合测量小模数齿轮的基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，包括以下步骤：

S1、构建用于获取小模数齿轮图像的视觉测量平台，该视觉测量平台包括光源、CCD工业相机和用于放置小模数齿轮的光学板；

S2、对构建的视觉测量平台进行标定处理，获取该视觉测量平台的像素坐标与物理坐标的比例因子；

S3、通过CCD工业相机获取高精度的小模数齿轮图像，并将获取的小模数齿轮图像传送至软件测量系统；

S4、软件测量系统对获取的小模数齿轮图像依次进行预处理和形态学处理，并通过边缘处理提取算法得到小模数齿轮的轮廓边缘信息；

S5、通过重心法获得小模数齿轮的中心坐标O(x,y)，并利用最小外接圆与最大内接圆算法获取齿轮的齿顶圆半径及齿根圆半径；

S6、对图像进行分割处理得到小模数齿轮的齿数，然后通过计算获得小模数齿轮的模数；

S7、对边缘数据分类，得到小模数齿轮各个轮齿的齿廓数据坐标点集，通过最小二乘拟合圆，以圆弧代替渐开线曲线，获取分度圆与渐开线的交点，用于计算齿轮的单个齿距偏差和齿距累积偏差；

S8、利用渐开线方程，反求出齿轮的基圆半径，并计算出齿轮的分度圆压力角。

进一步的，所述视觉测量平台还包括光学支架，光源和CCD工业相机均正对光学板，光源、光学板以及CCD工业相机从下到上依次设置且三者均安装在光学支架上。

进一步的，所述软件测量系统为PC处理器，PC处理器与CCD工业相机通过千兆网接口连接。