基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，本发明专利技术通过采集到的小模数齿轮图片进行边缘提取，并利用数据分离获得各个轮齿的廓数据点；然后对各个齿廓数据点进行最小二乘拟合圆作为其渐开线曲线，通过拟合出的圆与分度圆的交点作为齿轮齿距偏差的测量数据点，从而可以测得齿廓误差以及齿轮中心、齿顶圆半径、齿根圆半径、齿数、模数、齿顶高系数、齿顶高变动系数、变位系数、压力角以及齿距等参数，实现了对小模数齿轮的非接触测量，不受齿轮尺寸的限制，而且测量速度快，操作简便，尤其适合测量小模数齿轮。

Machine vision based measurement method of straight involute small module gear

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法
本专利技术属于精密测量领域，具体涉及一种基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法。
技术介绍
齿轮是传递运动和动力的机械元件，是机械装备的重要基础件。随着装备制造业的需求及发展，齿轮业在汽车、轮船、飞机及军工等装备中越来越显示出其重要的地位并成为了国民经济的重要支柱产业。小模数齿轮通常指模数小于1mm的齿轮，微小模数齿轮是指模数小于0.1mm的齿轮，微小齿轮是指尺寸小于10mm的微小模数齿轮。小模数齿轮尺寸小、齿槽间隙小，影响齿轮的分析式测量；齿轮惯性小、轮齿刚性差，影响齿轮的功能性测量；若采用传统的齿轮测量技术和仪器，测头难以进入齿槽，操作困难，稍有不慎易碰撞损坏；且仪器测杆刚性差，齿轮误差难以提取，测量精度和重复性都无法保证，甚至根本无法实施测量；因而对小模数齿轮(特别是微小模数齿轮)，其测量技术的研究还远远不能够满足实际生产的需求。因此，研究能够快速实现微小齿轮的精确检测技术有着重要的理论意义和重要的实际工程价值。小模数齿轮齿槽空间小、齿轮刚度差、易变形，中心孔径影响定位问题，在实际齿轮测量中，面临装夹困难，很难找到测量基准，在实际测量工件时，尤其是对一些不带芯轴的齿轮工件进行测量时，工件回转中心与齿轮的测量中心的回转中心往往不重合，安装偏心对齿轮误差和齿廓误差等的测量结果均带来直接的影响，其中，偏心对齿距的影响最大，安装偏心以近二倍的关系影响着齿距累计偏差。这导致了传统的测量方法已经不能满足小模数齿轮的测量要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量速度快、操作简便且尤其适合测量小模数齿轮的基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，包括以下步骤：S1、构建用于获取小模数齿轮图像的视觉测量平台，该视觉测量平台包括光源、CCD工业相机和用于放置小模数齿轮的光学板；S2、对构建的视觉测量平台进行标定处理，获取该视觉测量平台的像素坐标与物理坐标的比例因子；S3、通过CCD工业相机获取高精度的小模数齿轮图像，并将获取的小模数齿轮图像传送至软件测量系统；S4、软件测量系统对获取的小模数齿轮图像依次进行预处理和形态学处理，并通过边缘处理提取算法得到小模数齿轮的轮廓边缘信息；S5、通过重心法获得小模数齿轮的中心坐标O(x,y)，并利用最小外接圆与最大内接圆算法获取齿轮的齿顶圆半径及齿根圆半径；S6、对图像进行分割处理得到小模数齿轮的齿数，然后通过计算获得小模数齿轮的模数；S7、对边缘数据分类，得到小模数齿轮各个轮齿的齿廓数据坐标点集，通过最小二乘拟合圆，以圆弧代替渐开线曲线，获取分度圆与渐开线的交点，用于计算齿轮的单个齿距偏差和齿距累积偏差；S8、利用渐开线方程，反求出齿轮的基圆半径，并计算出齿轮的分度圆压力角。进一步的，所述视觉测量平台还包括光学支架，光源和CCD工业相机均正对光学板，光源、光学板以及CCD工业相机从下到上依次设置且三者均安装在光学支架上。进一步的，所述软件测量系统为PC处理器，PC处理器与CCD工业相机通过千兆网接口连接。进一步的，所述步骤S4中的预处理包括去噪处理和二值化处理。进一步的，所述去噪处理采用的方法包括但不仅限于高斯滤波和均值滤波。进一步的，在对所述小模数齿轮图像进行预处理后，将干扰后续处理的噪声孔洞进行填充后再进行形态学处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采集到的小模数齿轮图像进行边缘提取，并利用数据分离获得各个轮齿的齿廓数据点；然后对各个齿廓数据点进行最小二乘拟合圆作为其渐开线曲线，通过拟合出的圆与分度圆的交点作为齿轮齿距偏差的测量数据点，从而可以测得齿廓误差以及齿轮中心、齿顶圆半径、齿根圆半径、齿数、模数、齿顶高系数、齿顶高变动系数、变位系数、压力角以及齿距等参数，实现了对小模数齿轮的非接触测量，不受齿轮尺寸的限制，而且测量速度快，操作简便，尤其适合测量小模数齿轮。附图说明图1是基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法的流程示意图；图2是本专利技术中视觉测量平台的结构示意图；图3是本专利技术中小模数齿轮的基圆半径测量原理图；图4是本专利技术中小模数齿轮的齿距偏差测量原理图；图中标记：1、光源，2、CCD工业相机，3、光学板，4、光学支架，5、软件测量系统。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，下面将结合本专利技术中的附图，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。基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、构建用于获取小模数齿轮图像的视觉测量平台，如图2所示，该视觉测量平台包括光源、CCD工业相机、用于放置小模数齿轮的光学板以及光学支架，光源和CCD工业相机均正对光学板，CCD工业相机优选为分辨率为2456×2058、像素深度为8bit、最大帧率15fps、像素尺寸3.45μm×3.45μm的工业相机。将光学支架垂直安装在固定工作台上，然后从上到下依次安装CCD工业相机、光学板与光源。通过控制光源来调节所采集图像的清晰度，然后将所采集到的图像输送至软件测量系统。S2、对构建的视觉测量平台进行标定处理，获取该视觉测量平台的像素坐标与物理坐标的比例因子；在图像测量过程及机器视觉应用中，为了确定空间物体的几何尺寸与其图像中像素坐标点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提。比例因子计算如下：S3、通过CCD工业相机获取高精度的小模数齿轮图像，并将获取的小模数齿轮图像传送至软件测量系统，若采集到的为RGB图像，则需要利用算法RGB2GRAY将图像转化为灰度图像，若采集到的本身为灰度图像，则可省略该转化过程；软件测量系统为PC处理器，PC处理器与CCD工业相机通过千兆网接口连接，软件测量系统经过相应的软件算法计算出所需要的各项参数指标；S4、软件测量系统对获取的小模数齿轮图像依次进行预处理和形态学处理，并通过边缘处理提取算法得到小模数齿轮的轮廓边缘信息；其中，图像预处理具体包括包括去噪处理和二值化处理，由于采集过程中会含有噪声，因此，需要对得到的灰度图像进行滤波去噪处理，去噪处理采用的方法包括但不仅限于高斯滤波和均值滤波，滤波完成后进行二值化处理。形态学处理包括但不仅限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、构建用于获取小模数齿轮图像的视觉测量平台，该视觉测量平台包括光源、CCD工业相机和用于放置小模数齿轮的光学板；/nS2、对构建的视觉测量平台进行标定处理，获取该视觉测量平台的像素坐标与物理坐标的比例因子；/nS3、通过CCD工业相机获取高精度的小模数齿轮图像，并将获取的小模数齿轮图像传送至软件测量系统；/nS4、软件测量系统对获取的小模数齿轮图像依次进行预处理和形态学处理，并通过边缘处理提取算法得到小模数齿轮的轮廓边缘信息；/nS5、通过重心法获得小模数齿轮的中心坐标O(x,y)，并利用最小外接圆与最大内接圆算法获取齿轮的齿顶圆半径及齿根圆半径；/nS6、对图像进行分割处理得到小模数齿轮的齿数，然后通过计算获得小模数齿轮的模数；/nS7、对边缘数据分类，得到小模数齿轮各个轮齿的齿廓数据坐标点集，提取各轮齿齿廓分度圆附近的部分数据点并通过最小二乘拟合圆，以圆弧代替渐开线曲线，获取分度圆与渐开线的交点，用于计算齿轮的单个齿距偏差和齿距累积偏差；/nS8、利用渐开线方程，反求出齿轮的基圆半径，并计算出齿轮的分度圆压力角。/n...

【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的直齿渐开线小模数齿轮的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建用于获取小模数齿轮图像的视觉测量平台，该视觉测量平台包括光源、CCD工业相机和用于放置小模数齿轮的光学板；
S2、对构建的视觉测量平台进行标定处理，获取该视觉测量平台的像素坐标与物理坐标的比例因子；
S3、通过CCD工业相机获取高精度的小模数齿轮图像，并将获取的小模数齿轮图像传送至软件测量系统；
S4、软件测量系统对获取的小模数齿轮图像依次进行预处理和形态学处理，并通过边缘处理提取算法得到小模数齿轮的轮廓边缘信息；
S5、通过重心法获得小模数齿轮的中心坐标O(x,y)，并利用最小外接圆与最大内接圆算法获取齿轮的齿顶圆半径及齿根圆半径；
S6、对图像进行分割处理得到小模数齿轮的齿数，然后通过计算获得小模数齿轮的模数；
S7、对边缘数据分类，得到小模数齿轮各个轮齿的齿廓数据坐标点集，提取各轮齿齿廓分度圆附近的部分数据点并通过最小二乘拟合圆，以圆弧代替渐开线曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑一，左孝林，雷贤卿，郭阳阳，王永军，李伟，吴上玉，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41