一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统技术方案

本发明专利技术属于齿轮表面缺陷检测领域，涉及一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，主要包括视觉检测模块、图像处理模块、光照模块、齿轮夹具模块、以及用于安装上述模块的工作台，其中，光照模块具的核心是光源，视觉检测模块的核心是CCD工业相机，齿轮夹具通过三爪卡盘对齿轮进行定位安装，三者相结合获取齿轮各个齿面的点蚀图像信息；图像处理模块实现从采集到的图像信息中分割出有效工作齿面部分，得到其中的点蚀部分像素数量与工作齿面部分的像素数量之比，从而得到点蚀率评估齿轮的点蚀等级。整个装置实现了自动化和齿轮点蚀评估的量化，有效的提高了对于点蚀检测的效率和精度。

A Pitting Corrosion Detection System for Gears Based on Machine Vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统
本专利技术属于齿轮表面缺陷检测领域，涉及一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统。
技术介绍
齿轮是设备中传递运动和动力的基本组成部分,它的工作情况关系着整个机械设备的运作。于是，齿轮的测量工作便成为研究与生产齿轮的过程中极为关键的环节。传统的接触式齿轮测量方法精度较低，工作量繁重。在齿轮的测量工作中，点蚀的测定也是很重要的一部分内容。齿轮的点蚀是齿轮最常见的几种损坏形式之一，是齿轮材料接触疲劳强度的重要指标，指齿轮长期负载工作下，齿轮接触表面上产生疲劳剥落，进一步出现点状小坑。对于齿轮点蚀这一失效形式，传统方法是通过肉眼进行观察，其中的微小不易观察的点蚀则是需要先进行一些抛光处理后再把齿轮放到放大镜或者显微镜下进行观测。这些传统的观测方法较为繁琐，效率和精度都不高，在实际的测量工作中缺乏专门用于齿轮点蚀的检测装置，对于点蚀缺乏一种定量评估的手段。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，先通过视觉检测模块得到齿轮的齿面照片，再进一步由图像处理模块进行处理得到齿轮点蚀结果并进行定量评估。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，包括视觉检测模块、图像处理模块、光照模块、齿轮夹具模块、以及用于安装上述模块的工作台；所述齿轮夹具模块用于夹持固定齿轮，所述视觉检测模块用于获取齿轮各个齿面的点蚀图像信息，所述图像处理模块用于从点蚀图像信息中提取有效工作齿面并通过阈值分割手段得到其中的点蚀部分，所述光照模块用于在视觉检测模块获取点蚀图像信息的过程中提供光源。可选地，所述光照模块与齿轮的转轴设置同一平面内。可选地，所述光照模块包括固定设置在工作台上的第一滑轨，滑动设置在第一滑轨内的光源夹具以及设置在光源夹具上且由其夹持的光源。可选地，所述光照模块还包括第二滑轨，所述第二滑轨的一端滑动设置在第一滑轨上，所述光源夹具滑动设置在第二滑轨上。可选地，所述齿轮夹具模块包括固定设置在工作台上的第三滑轨，以及滑动设置在第三滑轨内的齿轮夹具。可选地，所述齿轮夹具包括旋转电机以及三爪卡盘，所述三爪卡盘设置在旋转电机的输出轴上，齿轮由三爪卡盘夹持设置，由旋转电机的输出轴扭矩带动转动。可选地，所述视觉检测模块为包括固定设置在工作台上的第四滑轨、以及滑动设置在第四滑轨上的CCD相机。可选地，所述视觉检测模块还包括第五滑轨，所述第五滑轨的一端滑动设置在第四滑轨内，所述CCD相机通过第一旋转块及第一转轴设置在第五滑轨上。可选地，所述图像处理模块对点蚀图像信息的处理包括以下步骤：使用Hough变换和Radon变换对齿面倾斜进行校正；将RGB颜色转换到YcrCb颜色空间中，产生聚类的二值矩阵；对图像进行聚类，利用Canny微分算子对图像进行边缘检测；对图像进行二值化处理，将灰度值处于20-100之间的像素点置一，其余置零；对图像进行形态学处理；找到剩余部分的最大连通区域，得到齿面图像的有效工作齿面部分；对有效工作齿面部分进行灰度化及k-means聚类，找到点蚀部分的灰度范围，并进行自适应阈值分割；计算整体有效齿面部分的像素数量和点蚀部分的像素数量，其比值为齿轮点蚀的点蚀率。可选地，对图像进行形态学处理的步骤包括：膨胀、腐蚀、填充小孔、对齿面图像进行连通。本专利技术的有益效果在于：本专利技术设计了一套基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，解决了传统的接触式齿轮测量方法精度低、工作量繁重的弊端。光照模块和视觉检测模块都具有四个自由度，能够进行调整获取亮度、颜色信息较好，像素信息丰富的图像信息。通过三爪卡盘的转动，得到齿轮每一个齿面的图像信息，实现自动化获取。图像处理模块在获得图像信息之后，实现了Hough变化的倾斜校正，实现了在YCrCb颜色空间中的聚类和分割，实现了形态学的腐蚀和膨胀，从而实现了有效工作齿面的自动分割。在有效工作齿面上，通过k-means聚类和阈值分割，识别出其中的点蚀部分，进一步得到点蚀率。总的来说，整套基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，实现了齿轮点蚀检测的自动化和智能化，有效地提高了整个检测过程的效率和精度。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为光照模块的结构示意图；图3为视觉检测模块的结构示意图；图4为相机夹具的结构示意图；图5为齿轮夹具的结构示意图；图6为齿轮装夹示意图；图7为图像处理模块的界面；图8为图像处理模块的的计算结果；图9为有效齿面的自动分割；图9-1为CCD相机拍摄原图；图9-2为使用Hough变换和Radon变换进行倾斜校正后的图像；图9-3为利用Canny等微分算子对图像进行边缘检测的图像；图9-4为二值化处理后的图像；图9-5为图像形态学处理后的图像；图9-6腐蚀、膨胀后的图像；图9-7为剩余部分最大连通区域的图像；图9-8为有效工作齿面的图像；图10为齿面的分割结果。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。请参阅图1-图10，附图中的元件标号分别表示：光照模块101、视觉检测模块102、齿轮夹具103、第一滑轨201、第一支架202、第二滑轨203、第一支撑板204、第二旋转轴205、第二旋转块206、光罩207、第二支架301、第五滑轨302、第二支撑板303、滑板304、第二支撑板305、第一旋转块306、第一转轴307、CCD相机308、第三支撑板401、第三滑轨501、旋转电机502、输出轴503、三爪卡盘504、齿轮505。本实施例中的方向采用图1中标识的X轴、Y轴、Z轴进行描述。本实例中，光照模块101参阅图2，整个系统通过第一滑轨201固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，包括视觉检测模块、图像处理模块、光照模块、齿轮夹具模块、以及用于安装上述模块的工作台；所述齿轮夹具模块用于夹持固定齿轮，所述视觉检测模块用于获取齿轮各个齿面的点蚀图像信息，所述图像处理模块用于从点蚀图像信息中提取有效工作齿面并通过阈值分割手段得到其中的点蚀部分，所述光照模块用于在视觉检测模块获取点蚀图像信息的过程中提供光源。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，包括视觉检测模块、图像处理模块、光照模块、齿轮夹具模块、以及用于安装上述模块的工作台；所述齿轮夹具模块用于夹持固定齿轮，所述视觉检测模块用于获取齿轮各个齿面的点蚀图像信息，所述图像处理模块用于从点蚀图像信息中提取有效工作齿面并通过阈值分割手段得到其中的点蚀部分，所述光照模块用于在视觉检测模块获取点蚀图像信息的过程中提供光源。2.如权利要求1中所述的基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，所述光照模块与齿轮的转轴设置同一平面内。3.如权利要求1中所述的基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，所述光照模块包括固定设置在工作台上的第一滑轨，滑动设置在第一滑轨内的光源夹具以及设置在光源夹具上且由其夹持的光源。4.如权利要求3中所述的基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，所述光照模块还包括第二滑轨，所述第二滑轨的一端滑动设置在第一滑轨上，所述光源夹具滑动设置在第二滑轨上。5.如权利要求1中所述的基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，所述齿轮夹具模块包括固定设置在工作台上的第三滑轨，以及滑动设置在第三滑轨内的齿轮夹具。6.如权利要求5中所述的基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统，其特征在于，所述齿轮夹具包括旋转电机以及三爪卡盘，所述三爪卡盘设置在旋转电机的输出轴上，齿轮由三爪卡盘夹持...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦毅，陈伟伟，项盛，阎昊冉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50