[发明专利]一种双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量方法及测量装置

说明书

本发明涉及一种双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量方法及测量装置，基于可控旋转照明的技术方案，采用侧光照明方式，对小齿轮的端面和齿面进行非均匀的照明，可增强被测小齿轮轮齿边缘处图像的对比度，实现对双联齿轮之小齿轮的更加精确的机器视觉测量，结合现有其他技术，还可以实现双联齿轮的大齿轮和小齿轮在同一台仪器上的同时测量，从而达到更好的评价齿轮使用性能、分析齿轮工艺误差来源的效果。

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的齿轮测量方法，更具体地是涉及一种测量双联齿轮或多联齿轮的小齿轮的方法，属于测量技术及仪器、机械传动技术及齿轮测量技术领域。

背景技术

齿轮是应用最为广泛的关键基础件，齿轮的质量往往直接决定装备的运行性能、服役寿命、安全性和可靠性。测量是评价齿轮使用性能、发现齿轮误差来源、提升齿轮产品质量的重要手段。双联齿轮是指把两个齿轮做成一体形成的齿轮，主要用于变速机构，可使结构更加紧凑。结构允许时，也可以把两个以上的齿轮做成一体成为多联齿轮。

机器视觉技术可以比较容易地实现对直齿双联齿轮之大齿轮进行测量，但对双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量一直是个技术难题。对直齿双联齿轮之大齿轮进行测量时，通常采用背光照明方式。背光照明也称为底光照明或透射照明，是常用于几何尺寸精确测量的照明方式。背光照明方式下，直齿双联齿轮之大齿轮的轮齿部分可以清晰成像，实现齿廓偏差、齿距偏差、公法线长度、齿圈跳动等多个单项误差的分析式测量。但小齿轮的轮齿部分会被大齿轮遮挡，无法通过镜头在工业相机的感光元件上成像，因此难以实现机器视觉测量。如果使用顶光落射照明方式，得到的双联齿轮之小齿轮图像在轮齿边缘处的对比度虽然基本相同，但对比度都不高，因此难以实现精确的轮廓提取和齿轮误差测量。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于可控旋转照明的双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量方法，以及应用该方法的双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量装置，本发明提出的基于可控旋转照明的技术方案可增强被测小齿轮轮齿边缘处图像的对比度，实现对双联齿轮之小齿轮的更加精确的机器视觉测量。本发明通过以下技术方案予以实现：

一种双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量方法，该方法由以下步骤组成：

步骤1：选择合适的光源，调整光源的位置、照射方向、亮度参数，使被测小齿轮的端面和齿面受到不均匀的照明，调整至采集的图像中小齿轮轮齿边缘的局部位置的对比度大于其他位置的对比度的状态；

步骤2：使用图像采集装置获取一张或多张当前条件下的小齿轮图像；

步骤3：相对于被测齿轮旋转照明用光源，使照明用光源绕被测齿轮轴线旋转一个0~360°之间的角度；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至照明用光源在绕被测小齿轮轴线旋转的方向上已转过足够多的次数，完成被测轮齿的一圈或多圈的完整的图像采集工作为止；

步骤5：利用前面步骤2~4中收集的多张小齿轮图像，挑选出各图像中对比度大的轮齿边缘图像部分，组合出被测齿轮的全部轮齿的对比度更高的图像；有了对比度更高的图像，就可以实现更加精确的轮廓提取和更加精确的齿轮误差测量。

应用上述方法的双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量装置，该装置除了具有一般的机器视觉齿轮测量装置的必要组成部分外，至少包括以下组成部分：图像采集装置，照明用光源，以及可实现照明用光源相对于被测齿轮轴线旋转的运动机构。

应用上述方法的双联齿轮之小齿轮的机器视觉测量装置的组成部分中，照明用光源可选择点光源、漫射光面光源、平行光面光源、单色光光源、复合色光光源之中的一种或几种的组合，也可采用条纹、网格、点阵形式的结构光光源或与镜头同轴的平行光照明光源；当采用与镜头同轴的平行光照明光源时，镜头的轴线与被测齿轮轴线不平行，测量过程中镜头和光源一起相对于被测齿轮轴线旋转。

应用上述方法的双联齿轮之小齿轮的基于机器视觉的测量装置的组成部分中，照明用光源如果采用多个可单独控制的发光点组成的光源，可以用不同发光点轮流发光的方式代替照明用光源围绕被测齿轮轴线的旋转运动，同样可实现对被测小齿轮的可控旋转照明。