[发明专利]基于计算机视觉的直齿圆柱齿轮参数快速精准测量方法

说明书

本发明公开了一种基于计算机视觉的直齿圆柱齿轮参数快速精准测量方法，属于图像处理、精密测量等领域，本发明包括以下步骤：利用背光源，采用平行光照法对齿轮进行拍摄；对图像进行灰度化、反二值化以及孔洞填充预处理；对标准量块进行拍摄，得到标准量块对边距离与像素点的关系；利用像素间距最值法得到齿轮参数以及齿数；设计最适应精度调节法，加快计算机测量齿轮参数的速度。

技术领域

本发明涉及图像处理、精密测量等领域，具体涉及基于计算机视觉的直齿圆柱齿轮参数快速精准测量方法。

背景技术

齿轮在汽车、冶金等领域应用广泛，对加工制造的作用不可替代。在使用齿轮前，对其参数的准确测量不可忽视，齿轮一旦不规范，其对传动的平稳性会造成负面影响，甚至还会导致齿轮自身的轮齿折断、齿面磨损等后果。传统的人工接触式测量效率低下，一方面，游标卡尺、螺旋测微器等测量仪器精度有限，另一方面，测量人员会因视觉疲劳而造成主观误差。

计算机视觉是上世纪兴起的技术，丰富的图像处理算法以及简洁的编程语言，使计算机视觉技术应用在诸多领域中。本发明利用计算机视觉，提出像素间距最值平均法对直齿圆柱齿轮的参数进行精准测量，实验证明，跟现有的内外接圆法与像素间距法相比，基于轮廓判别的像素间距最值平均法所测量齿轮参数的数值更准确，跟手动设定精度相比，基于轮廓判定的自适应精度调节运算时间最短，因此基于轮廓判别的像素间距最值平均法通过自适应精度调节能够实现齿轮参数的快速精准测量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出基于计算机视觉的直齿圆柱齿轮参数快速精准测量方法，该方法结合基于轮廓判定的自适应精度调节，保证了对齿轮测量的速度与精度。

为了达到以上要求以及解决现有技术问题的不足，本发明提出基于计算机视觉的直齿圆柱齿轮参数快速精准测量方法，具体步骤如下：

步骤1)、利用背光源对齿轮进行拍摄，获得清晰分明的齿轮轮廓图像；

步骤2)、获得轮廓清晰的齿轮图像后，对图像进行预处理，得到齿轮的二值图；

步骤3)、选择标准量块，对标准量块进行拍照，利用边缘检测算法，得到量块对边距离与像素点的关系；

步骤4)、图像经过预处理后，寻找齿轮的外接圆圆心、齿根圆最小半径以及齿顶圆最大半径，对获得的半径值进行处理，并利用处理后的半径值，对齿轮内部进行二次填充，获得齿轮齿数；

步骤5)、根据二次填充后的图像轮廓，以最适应精度调节法，调节处理后的半径值，并计算齿轮参数。

步骤1的具体步骤为：在进行齿轮拍照的过程中，为防止阴影对精准度的影响，利用背光源，采用平行光法对其进行拍照，可有效地避免漫反射造成的齿轮边缘模糊的情况；保证平行光源、齿轮以及相机在同一水平线，相机与齿轮保持适当距离，确保齿轮整体恰好出现在相机视野中；齿轮与背光源保持适当距离，确保背光源照射在齿轮上，齿轮轮廓不会出现漫反射；在拍摄的过程中，三者之间的水平夹角保持在5度以内，夹角较大，同样会出现漫反射的情况，进而影响测量精度。

步骤2的具体步骤为：相机拍摄出的照片为RGB图像，在进行参数计算的过程中，RGB图像不能够很好的反映出齿轮自身的特性，而且在遍历图像的过程中，RGB图像遍历时间较长，不具有实际应用的意义，因此对RGB图像进行灰度变换；灰度化后的图像，其灰度值有256中可能，仍不能较好地反映出齿轮的特征，因此通过反二值化操作，将齿轮整体变为白色，背景颜色变为黑色；齿轮内孔的存在，会对参数的准确获取产生干扰，遍历图像后，找到孔内的黑色区域，对其进行取反操作，将黑色孔洞变为白色，最终得到整体为白色的齿轮图案。