[发明专利]一种激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法

摘要

本发明属于齿轮非接触式测量领域，涉及一种基于激光视觉传感器的齿轮齿向测量方法。本发明将两个激光视觉传感器作为主要测量工具，光栅尺获取数据，结合精密平移台、旋转台的精确定位运动，与计算机上位机软件控制，完成系统搭建。而后标定系统位置关系，使用相应算法，计算出传感器与齿轮分度圆位置关系。之后利用激光三角法测距原理测出齿轮齿向数据。本发明在低硬件成本的基础上，利用非接触式测量方法减少了被测工件与测量系统间由于接触压力带来的系统误差，随机误差。其他测量方法比较，具有抗干扰能力强，测量速度快，精度高且操作方法简单等优点。本发明也可用于测量表面形状复杂的其他工件。

主权项

一种基于激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法，该方法可以应用到如下的硬件系统中：用于齿轮表面扫描的激光视觉传感器2个；用于上位机软件控制，数据处理的计算机；用于运动定位控制的伺服控制器；用于X轴往返直线运动的精密电控平移台1台；用于圆周运动的精密电控旋转台1台；用于实验测试及固定设备的光学平台；用于固定激光视觉传感器的万向旋转支架、固定精密电控平移台与精密电控旋转台间的转接板、固定被测工件的工装夹具；所述的一种基于激光视觉测距的非接触式齿轮齿向测量方法，其特征是，包括以下几个步骤：步骤1：将精密平移台与精密电控旋转台通过一块转接板固定，并安装在光学平台上，再将工装夹具固定在精密电控平台上，形成测量工作台，分别用两个万向旋转支架固定住两个同型号的激光视觉传感器，所述激光视觉传感器安装位置距离工作台55mm～75mm的位置，调整所述激光传感器视角，让被测工件处于可测范围，两个激光视觉传感器分别扫描齿轮同一个齿的左右齿面，各自构成一个独立的测量系统，以下均仅以一个测量系统为例；步骤2：齿轮测量系统进行的标定，所述激光视觉传感器的重复性误差用标准量块来校核，若激光视觉传感器的重复性误差不超过2μm，则此激光视觉传感器符合实验测量要求，给所述工作台发出直线运动命令，所述激光视觉传感器在工装夹具上往返扫描一次，观察所述激光视觉传感器所得的位移读数变化，若在5μm范围之内，则工作台的直线度符合实验要求，给所述工作台发出旋转工作命令，此时所述激光视觉传感器在所述工装夹具上扫描一周，分析所述激光视觉传感器所得的位移读数变化，在5μm范围内认为同轴度合格，若超出，则作调整；步骤3：所述激光视觉传感器与被测齿轮之间的位置标定，将一个以所述被测齿轮齿顶圆尺寸设计的精磨圆柱1安装到工装夹具上，此时将激光视觉传感器的视角扫描到所述精磨圆柱1上B点，激光射出点为A，测得位移读数d1，卸下所述精磨圆柱1，换上一个以所述被测齿轮齿根圆尺寸设计的精磨圆柱2，所述激光视觉传感器在所述精密圆柱2的上扫描点为C，测得位移读数d2，测出所述被测齿轮中心点O与所述激光视觉传感器二者之间距离OA，AB、AC在一条直线上，连接BC两点，得到直线BC，从O点作AC延长线的垂线，交于点D，连接OC、OB，齿轮中心和传感器连间的连线OA与激光射线AB间存在一定夹角，记为α，设OA＝S，AB＝d1，AC＝d2，BC＝l，DC＝p，OD＝q，OB＝r1，OC＝r2，q2+p2＝r22    (1)r12＝q2+(p+(d2‑d1))2    (2)由(1)，(2)可得： q = r 2 2 - p 2 - - - ( 3 ) p = r 2 2 - r 1 2 - ( d 2 - d 1 ) 2 2 ( d 2 - d 1 ) - - - ( 4 ) 由上述公式可知： S = q 2 + ( p + d 2 ) 2 - - - ( 5 ) 由三角形关系可知：α＝arcsin(q/S)    (6)已知传感器在检测过程中位置不变，故传感器到齿轮的中心的距离S为定值，α也为定值，因此传感器检测到的任意位置距离d与此处齿轮的半径R的关系可由余弦定理得出： R = S 2 + d 2 - 2 sd cos α - - - ( 7 ) 通过式(7)可找准齿轮分度圆位置；步骤4：将需要测量的齿轮安装到工装夹具上，找准分度圆位置后开始测量，在测量同型号齿轮的情况下，系统位置无需再做调整，所述的两个激光视觉传感器分别扫描齿轮同一个齿的左右齿面，所述工作台平移，激光扫面得到一条齿向线数据，等时间间隔读出25个齿向数据，扫描同一条齿向线3次，得出3组数据，所述齿轮共需测出4个齿的8条齿向线数据，便可以对该齿轮进行精度评估以及分类；至此测量结束。