基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法技术

本发明专利技术属于尼龙齿轮检测领域，公开了一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，包括以下步骤：S1、采集齿轮图像，并进行预处理；S2、提取图像的边缘信息，计算得到齿轮的中心孔的圆心位置以及齿轮的齿顶圆半径和齿根圆半径；S3、以中心孔的圆心为圆心，以齿顶圆半径和齿根圆半径的平均值为半径画出中间圆，得到中间圆与齿廓边缘的全部交点，将依次得到的所有相邻两交点间的距离分为齿厚数组和齿槽宽数组两个数组，计算两个数组的欧氏距离；S4、小幅度改变中间圆的半径，重复步骤S3，直至得到最小的欧式距离，其对应的中间圆的半径即为齿轮分度圆。本发明专利技术能够有效测量出镜盘尼龙齿轮实际分度圆尺寸大小，可广泛应用于尼龙齿轮生产领域。

Measurement method of nylon gear graduation circle based on vision technology

【技术实现步骤摘要】
基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法
本专利技术属于尼龙齿轮检测领域，具体涉及一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法。
技术介绍
综合验光仪作为检查人类眼部功能的仪器被广泛使用，其重要组成部分为镜盘齿轮，采用尼龙和玻璃纤维压铸而成。由于尼龙的材质特性，镜盘齿轮在压铸制造过程中会经历收缩，致使其相关尺寸发生变化，由此导致齿轮在运行过程出现啮合不充分、噪声较大、脱齿等现象。因此，测量尼龙齿轮的实际尺寸，从而改进模具设计参数，降低上述不良影响显得尤为重要。目前的视觉技术凭借其检测数据可靠、间接测量等优点得到了快速发展，国内外很多学者应用视觉技术对齿轮的相关参数进行测量。沙特阿拉伯卡西姆大学的Gadelmawla等人利用视觉技术开发一个齿轮参数测量软件。日本九州大学HazratAli等人基于颜色跟踪算法提高测量齿轮廓线的准确度。重庆大学的饶艳桃等人阐述了齿轮测量中滤波去噪、腐蚀等相关算子。天津大学的张景辉等人探讨IMAQVision中的图像处理方法。上述学者搭建的基于视觉技术齿轮测量系统，虽能较好的测量齿轮相关参数，但在测量尼龙齿轮参数以及其实际分度圆涉及甚少，也没有将齿轮实际尺寸与模具尺寸相关联。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，以期得到尼龙齿轮的收缩率，以对模具尺寸参数进行合理设计，弥补尼龙齿轮由于材料收缩带来的不良影响。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，包括以下步骤：S1、将待测尼龙齿轮放在影像测量仪工作平台上并使其位于相机视野中心，然后采集齿轮图像，并对采集到的齿轮图像进行预处理；S2、选取Canny算子提取图像的边缘信息，进行边缘特征选择，得到齿轮图像的有效边缘，并计算得到齿轮的中心孔的圆心位置以及齿轮的齿顶圆的半径rd和齿根圆的半径rg；S3、以中心孔的圆心为圆心，以齿顶圆的半径rd和齿根圆的半径rg的平均值为半径，画出中间圆，得到中间圆与齿廓边缘的全部交点，以任意一个交点为起点，依次计算出每相邻两点的距离d1，d2……d2z，其中z表示齿轮齿数，将依次得到的所有相邻两交点间的距离分为两个数组，一组为齿厚数组，一组为齿槽宽数组，计算两个数组的欧氏距离；S4、小幅度改变中间圆的半径，重复步骤S3，计算两数组的欧氏距离，直至得到最小的欧式距离，其对应的中间圆的半径即为齿轮分度圆。所述步骤S3中，若d1表示一个齿厚两侧距离，则齿厚数组为A＝{A1,A2,A3,.....AZ}＝{d1,d3,d5,.....d2z-1}，齿槽宽数组为B＝{B1,B2,B3,.....BZ}＝{d2,d4,d6,.....d2z}，欧式距离的计算公式为：所述步骤S1中，图像预处理的方法为中值滤波法，其具体步骤为：将图像分成多个奇数模板，对每个奇数模板内的像素值进行排序，选择排序得到的序列中的中值作为该模板的输出像素；所述步骤S2的具体步骤为：选取canny算子提取图像中的边缘信息，通过特征选择得到中心孔的有效边缘，采用几何法拟合得到中心孔的连续边缘，并计算得到齿轮的中心孔的圆心位置；根据边缘信息，进行轮廓特征选择，得到齿轮轮廓，计算齿轮轮廓的最小外接圆半径得到齿顶圆半径rd；计算齿轮轮廓的最大内接圆得到齿根圆半径rg。计算齿轮轮廓的最大外接圆得到齿根圆半径rg的具体步骤为：在图像中设定一个阈值，对灰度化处理后的图像进行二值化处理，二值化处理后对图像进行区域填充，然后计算图像区域的最大内接圆半径，得到齿根圆半径rg。所述步骤S4中，改变中间圆的半径时，其步长为0.05个像素。所述的一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，还包括采用标定板对测量系统进行标定，完成像素当量计算的步骤。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术提供了一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，通过图像处理算法进行了压铸尼龙齿轮分度圆的测量，将齿轮分度圆上齿厚与齿槽宽相等的理论与视觉算法结合，循环取齿顶圆和齿根圆之中间圆附近的圆，计算其齿厚数组与齿槽宽数组的欧氏距离，将欧氏距离最小的圆作为尼龙齿轮的实际分度圆，实现了尼龙齿轮分度圆的准确测量，用此方法对综合验光仪中的镜盘尼龙齿轮进行了重复精度测量试验，试验结果表明：能够有效测量出镜盘尼龙齿轮实际分度圆尺寸大小，从而指导压铸制造齿轮的模具尺寸大小设计。对减少尼龙齿轮收缩导致的轮齿啮合不良、轮齿间隙产生噪声等不良影响有十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术实施例的测量流程示意图；图2为本专利技术实施例中图像采集得到的齿轮图像的示意图；图3为各种图像预处理方式得到的齿轮图像的局部示意图；图4为本专利技术实施例中采用的标准标定板的示意图；图5为本专利技术实施例中通过几何法进行圆拟合前后的中心圆示意图；图6为本专利技术实施例中提取得到的齿轮轮廓和齿顶圆的示意图；图7为中间圆与齿轮轮齿边缘相交的局部示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1～3所示，本专利技术实施例提供了一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，包括以下步骤：S1、将待测尼龙齿轮放在影像测量仪工作平台上并使其位于相机视野中心，然后采集齿轮图像，并对采集到的齿轮图像进行预处理。具体地，本实施例中，影像测量仪采用全自动二次元影像测量仪(型号HT-3040)，其搭载500w像素的CCD摄像机，用于采集齿轮图像。测量时将待测尼龙齿轮放在测量仪工作平台上，通过移动平台将待测物移动到相机视野中心(此处相机产生的畸变最小)，然后通过计算机采集齿轮图像。为使齿轮处光源照明较为均匀，得到高质量图像，可以采用背光照明方式进行图像采集，采集得到的齿轮图像如图2所示，其中心的圆为中心圆，边缘具有若干个轮齿。本实施例中，图像预处理的方法优选为中值滤波法，其具体步骤为：将图像分成多个奇数模板，对每个奇数模板内的像素值进行排序，选择排序得到的序列中的中值作为该模板的输出像素。为保证齿轮边缘提取精度，需对采集的图像进行预处理。常用的图像滤波方式有三种：均值滤波、高斯滤波、中值滤波。由图3所示，a为齿轮原图，b为高斯滤波的结构，c为均值滤波的结果，d为中值滤波后的结构，中值滤波处理后的图像质量较好，因此本实施例优选中值滤波处理。中值滤波法基本原理是将某个模板内的像素值(x1、x2...)进行排序，选择该序列中的中值作为输出的像素值g(x)。通常选择奇数的模板3*3、5*5等。假设在某一奇数模板内的像素值排序为：x1≤x2≤x3......≤xn,则g(x)＝Med{x1,x2,x3...xn}＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将待测尼龙齿轮放在影像测量仪工作平台上并使其位于相机视野中心，然后采集齿轮图像，并对采集到的齿轮图像进行预处理；/nS2、选取Canny算子提取图像的边缘信息，进行边缘特征选择，得到齿轮图像的有效边缘，并计算得到齿轮的中心孔的圆心位置以及齿轮的齿顶圆的半径r

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将待测尼龙齿轮放在影像测量仪工作平台上并使其位于相机视野中心，然后采集齿轮图像，并对采集到的齿轮图像进行预处理；
S2、选取Canny算子提取图像的边缘信息，进行边缘特征选择，得到齿轮图像的有效边缘，并计算得到齿轮的中心孔的圆心位置以及齿轮的齿顶圆的半径rd和齿根圆的半径rg；
S3、以中心孔的圆心为圆心，以齿顶圆的半径rd和齿根圆的半径rg的平均值为半径，画出中间圆，得到中间圆与齿廓边缘的全部交点，以任意一个交点为起点，依次计算出每相邻两点的距离d1，d2……d2z，其中z表示齿轮齿数，将依次得到的所有相邻两交点间的距离分为两个数组，一组为齿厚数组，一组为齿槽宽数组，计算两个数组的欧氏距离；
S4、小幅度改变中间圆的半径，重复步骤S3，计算两数组的欧氏距离，直至得到最小的欧式距离，其对应的中间圆的半径即为齿轮分度圆。


2.根据权利要求1所述的一种基于视觉技术的尼龙齿轮分度圆测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，若d1表示一个齿厚两侧距离，则齿厚数组为A＝{A1,A2,A3,.....AZ}＝{d1,d3,d5,.....d2z-1}，齿槽宽数组为B＝{B1,B2,B3,.....BZ}＝{d2,d4,d6,.....d2z}，欧式距离的计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志强，段能全，冯鹏鹏，杜晓军，杜文华，王俊元，党长营，高志强，常文铎，张晓琳，杨志成，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14