一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法制造技术

本发明专利技术属于伞齿轮齿顶面精度检测技术领域，具体的说是一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，包括在伞齿轮的齿顶面部位等间距建立多个圆环，并以伞齿轮定位内孔的圆心为原点，在伞齿轮大端底面建立笛卡尔坐标系O

【技术实现步骤摘要】
一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法


[0001]本专利技术属于伞齿轮齿顶面精度检测
，具体的说是一种用于伞齿轮齿顶面精度 的光学同轴多环检测法。

技术介绍

[0002]伞(锥)齿轮因其重叠系数大、承载能力大、传动平稳、噪声低等优点，在矿山、冶 金、船舶、汽车等行业中是非常重要的机械传动部件，伞齿轮的轮齿几何形状和加工制造 精度对其传动性能、工作寿命和可靠性产生巨大影响，其中齿轮测量和评价是保证齿轮加 工质量的主要途径；
[0003]在近一个世纪来，齿轮测量技术共经历了四个发展阶段：从测量方式看，它经历了传 统的机械式，到机电结合式，再到光—机—电式，最后是如今正在兴起的机器视觉测量方 法；从测量方法来看，它经历了从接触法到非接触法的演变；
[0004]由于机器视觉技术的快速发展，这项技术也很快被应用到齿轮测量方法的研究与运用 中，这种测量方法简单快捷，实时性较高，并能将测量结果快速、准确地反馈给加工设备， 从而使整个加工过程变为闭环过程，由此可以大幅度提高加工精度。
[0005]但是目前现有的伞齿轮视觉测量方法，通常从伞齿轮图像数据，经过变换然后转换成 伞齿轮的参数，然后通过对比伞齿轮的实际齿顶面与理论齿顶面之间的误差判断是否合格， 其中传统的基于机器视觉的齿轮加工误差测量的方法，需要经历测量系统标定获取齿轮图 像
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灰度化
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降噪
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二值化
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形态学处理
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霍夫变换
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边缘提取
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获得相关测量数据；其中从灰 度化至边缘提取总共六步图像数据处理的过程中，每一步均会引入误差，影响伞齿轮的齿 顶面测量精度，其次，数据需要经过多次变换，造成伞齿轮的相关参数测量周期变长。
[0006]鉴于此，本专利技术通过提出一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，以解决 上述技术问题。

技术实现思路

[0007]为了弥补现有技术的不足，解决了现有的防伪标签主要以贴纸形式存在，导致标签容 易被盗取等技术问题，本专利技术提出一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]本专利技术所述的一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，该检测方法步骤如 下：
[0010]S1：首先对齿轮产品表面进行清洁工作，然后在齿轮关键位置表面随机粘贴标志点， 然后通过高精度面结构光三维扫描仪对齿轮进行全场测量，获取齿轮的完整三维点云数据；
[0011]S2：在伞齿轮的齿顶面部位等间距建立多个圆环；
[0012]S3：以伞齿轮定位内孔的圆心为原点，在伞齿轮大端底面建立笛卡尔坐标系O
‑
XYZ， O
‑
XY平面平行于伞齿轮大端底面，Z轴垂直于伞齿轮大端底面；
[0013]S4：在每个圆环与轮齿的齿顶两侧边缘线建立交点，并提取圆环与同一轮齿的两侧的 所有交点的坐标；
[0014]S5：基于S4提取的交点坐标用特征值法拟合出一个平面，作为实际齿顶面；
[0015]S6：通过拟合平面测量出该实际齿顶面与理论设计齿顶面之间的最大误差，确定该伞 齿轮齿顶面误差是否在预定值范围内，然后用该方法继续测量伞齿轮与其他轮齿的齿顶面 误差，判断该伞齿轮所有轮齿的齿顶面误差是否均小于预定值；
[0016]S7：测量伞齿轮的面轮廓偏差。
[0017]优选的，所述步骤S1中，由于齿轮表面具有强反光，通过在齿轮表面喷洒一层显像 剂，能够提升齿轮图像数据获取质量。
[0018]优选的，所述步骤S1中，通过设计新型滤波器设计对伞齿轮点云数据的平滑、去噪 处理，滤波器设计可以由EMD得到的内蕴模态函数和余量的组合实现：
[0019][0020]式中:g'表示输入信号；η(k)用来控制不同的滤波器操作；D
k
为分解得到的内蕴模 态函数，r
N
为对应的余量。
[0021]优选的，所述步骤S1中，通过基于点云边界特征点的迭代最近点的方法对三维点云 数据进行配准。
[0022]优选的，所述步骤S3和S4中，将伞齿轮轮齿按照顺时针顺序依次编号为： i∈(1，n)，n∈R
+
，并对圆环与轮齿的交点进行命名。
[0023]优选的，所述步骤S6中，通过空间平面方程：ax+by+cz＝d，对实际齿顶面与理论 设计齿顶面进行拟合。
[0024]优选的，所述空间平面方程中的a,b,c为平面的单位法向量，即：a2+b2+c2＝1，d为 坐标原点至平面的距离，d≥0，其中确定平面特征，需要确定a,b,c,d四个参数。
[0025]优选的，所述拟合平面获得最佳效果，需要在a2+b2+c2＝1下满足：
[0026][0027]并利用求函数极值的拉格朗日乘数法，组成下列函数：
[0028][0029]然后通过该函数进行求导，从而确定实际齿顶面与理论设计齿顶面之间的最大误差。
[0030]优选的，所述步骤S7中，曲面轮廓度误差值是包容被测轮廓的两理论轮廓等距面之 间的最小距离。
[0031]优选的，所述步骤S7中，面轮廓度评定原则为最小二乘原则，即被测点到理论曲面 距离的平方和d为最小，因此构造目标函数为：
[0032][0033]其中：d＝distance(p
i
,s)，为测量点pi到理论曲面s的距离，pi为测量数据点，r为 测量点半径。
[0034]本专利技术的有益效果如下：
[0035]1.本专利技术所述一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，通过测量系统标定
ꢀ‑
获取齿轮点云数据
‑
点云数据平滑去噪处理
‑
点云配准
‑
齿轮点云模型
‑
做测量圆环
‑
获取 测量数据，仅有点云数据平滑去噪和点云配准两步数据处理，而且这两步都是除去点云数 据中的异常噪声点，提升测量的精度，因此本专利技术在数据处理的过程中，需要数据处理的 步骤会很少，降低了由数据处理引入的误差，并使得数据处理的周期会更短，因此测量精 度受数据处理过程的影响也会最小。
附图说明
[0036]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0037]图1是本专利技术伞齿轮同轴多环检测法流程图；
[0038]图2是本专利技术同轴多环检测法的圆环设计立体投影视图(以五环为例)；
[0039]图3是本专利技术待检测齿轮模型立体投影视图(以齿数z＝30模型为例)；
[0040]图4是本专利技术检测圆环在轮齿上的位置示意立体投影视图；
[0041]图5是本专利技术同轴多环检测齿轮原理模型平面图；
[0042]图6是图5所示A处位置的局部放大图；
[0043]图7是本专利技术同轴多环检测齿轮提取数据点及点坐标平面图；
[0044本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，其特征在于，该检测方法步骤如下：S1：首先对齿轮产品表面进行清洁工作，然后在齿轮关键位置表面随机粘贴标志点，然后通过高精度面结构光三维扫描仪对齿轮进行全场测量，获取齿轮的完整三维点云数据；S2：在伞齿轮的齿顶面部位等间距建立多个圆环；S3：以伞齿轮定位内孔的圆心为原点，在伞齿轮大端底面建立笛卡尔坐标系O
‑
XYZ，O
‑
XY平面平行于伞齿轮大端底面，Z轴垂直于伞齿轮大端底面；S4：在每个圆环与轮齿的齿顶两侧边缘线建立交点，并提取圆环与同一轮齿的两侧的所有交点的坐标；S5：基于S4提取的交点坐标用特征值法拟合出一个平面，作为实际齿顶面；S6：通过拟合平面测量出该实际齿顶面与理论设计齿顶面之间的最大误差，确定该伞齿轮齿顶面误差是否在预定值范围内，然后用该方法继续测量伞齿轮与其他轮齿的齿顶面误差，判断该伞齿轮所有轮齿的齿顶面误差是否均小于预定值；S7：测量伞齿轮的面轮廓偏差。2.根据权利要求1所述一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，其特征在于：所述步骤S1中，由于齿轮表面具有强反光，通过在齿轮表面喷洒一层显像剂，提升齿轮图像数据获取质量。3.根据权利要求1所述一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴多环检测法，其特征在于：所述步骤S1中，通过设计新型滤波器设计对伞齿轮点云数据的平滑、去噪处理，滤波器设计可以由EMD得到的内蕴模态函数和余量的组合实现：式中:g
′
表示输入信号，η(k)用来控制不同的滤波器操作，D
k
为分解得到的内蕴模态函数，r
N
为对应的余量。4.根据权利要求1所述一种用于伞齿轮齿顶面精度的光学同轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德海，李军恒，李艳芹，白代萍，王胜永，祝志逢，黄子帆，付亮，洪登栾，谷远东，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：