一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其包括如下步骤：步骤1，齿轮副装配滚检；步骤2，齿轮图像采集；步骤3，图像处理；步骤4，结构光解码；步骤5，三维重建；步骤6，确定端面孔圆心，将端面孔外缘的点云进行空间圆拟合，确定端面孔的三维圆心；步骤7，点云显示，将齿轮印痕和齿面的点云坐标系圆心转到到端面孔圆心处并显示；步骤8，齿轮印痕尺寸检测。其能够准确识别螺旋锥齿轮的接触印痕，有效提高齿轮印痕的提取效率，为测量齿轮印痕在齿面上的尺寸参数提供便利。测量齿轮印痕在齿面上的尺寸参数提供便利。测量齿轮印痕在齿面上的尺寸参数提供便利。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法


[0001]本专利技术涉及齿轮检测技术，具体涉及一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法。

技术介绍

[0002]航空发动机螺旋锥齿轮工作转速高、系统支撑刚性弱，为了保证齿轮副工作时的啮合传动质量，其在装配过程中对齿轮副的初始接触印痕位置及形态有严格的要求。由于实际制造过程中机匣和齿面形状都不可避免的存在偏差，齿轮副的啮合印痕形态也将发生变化偏离理论设计状态。因此需要对其实际的啮合印痕位置及形态进行检测和评定，判断其是否符合设计技术要求。当前的检测手段主要采用目测+卡尺或者坐标纸等手动测量方式，检测效率较低，接触印痕检测的准确性和一致性也无法保证。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其能够准确识别螺旋锥齿轮的接触印痕，有效提高齿轮印痕的提取效率，为测量齿轮印痕在齿面上的尺寸参数提供便利。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其包括如下步骤：
[0006]步骤1，齿轮副装配滚检：对被测螺旋锥齿轮副进行涂粉，然后进行滚检，形成螺旋锥齿轮齿轮副印痕区域；
[0007]步骤2，齿轮图像采集，包括：
[0008]步骤2.1，拍摄被测螺旋锥齿轮灰度图，作为齿轮印痕与齿面区域在二维平面提取的原图；
[0009]步骤2.2，拍摄被测螺旋锥齿轮正弦光栅相位图；/>[0010]步骤3，图像处理，包括：
[0011]步骤3.1，对原图进行阈值处理，得到显现出端面的二值化图像，提取端面孔外缘；
[0012]步骤3.2，对原图进行阈值处理，得到显现出齿面印痕的二值化图像，提取齿轮印痕；
[0013]步骤3.3，对原图进行阈值处理，得到显现出齿面的二值化图像，提取齿轮印痕对应的齿面区域；
[0014]步骤4，结构光解码：对步骤2.2拍摄的被测螺旋锥齿轮正弦光栅相位图进行多频外差解相位，得到被测螺旋锥齿轮的绝对相位图；
[0015]步骤5，三维重建，包括：
[0016]步骤5.1，确定端面孔外缘、齿轮印痕以及齿面的绝对相位图；
[0017]步骤5.2，对三个绝对相位图分别进行三维重建，分别得到端面孔外缘、齿轮印痕以及齿面的点云；
[0018]步骤6，确定端面孔圆心，将端面孔外缘的点云进行空间圆拟合，确定端面孔的三维圆心；
[0019]步骤7，点云显示，将齿轮印痕和齿面的点云坐标系圆心转到到端面孔圆心处并显示；
[0020]步骤8，齿轮印痕尺寸检测。
[0021]进一步，所述步骤2.2中，投射54步正弦光栅相移条纹图到齿面，相机同步采集到54张相移条纹图下的齿轮图，条纹周期分别为90、99、100，条纹图生成公式为：54张相移条纹图下的齿轮图，条纹周期分别为90、99、100，条纹图生成公式为：
[0022]其中，I
i
(x,y)表示第i幅光栅图像的光强，A表示与图案强度、环境强度相关的平均强度，B表示与图案对比、表面反射率有关的调制强度，φ(x,y)表示点(x,y)的相位值，表示相移值。
[0023]进一步，步骤3.1中，通过设置可调灰度阈值Ts，二值图像满足判定原则：进一步，步骤3.1中，通过设置可调灰度阈值Ts，二值图像满足判定原则：式中，P(x,y)为点(x,y)的灰度值；
[0024]经过阈值处理后的图像矩阵元素为0或者1；
[0025]除端面孔的外边缘的对应图像矩阵元素为1外，显现出端面的二值化图像的其他区域全部置为不参与运算的数。
[0026]进一步，步骤3.2中，提取齿轮印痕的特征属性，该特征属性包括印痕形心、印痕所有外凸点、印痕面积，根据特征属性提取出齿轮印痕，显现出齿面印痕的二值化图像的其他区域设置为不参与运算的数。
[0027]进一步，步骤3.3中，将各个齿面分离开，提取齿面形心，通过该形心对应于齿轮印痕图像位置处的值是否为1来判断是否为对应齿面，具体判定为：
[0028][0029]其中T表示齿面二维图像，M表示齿轮印痕二维图像，i、j表示对应图像的连通域的索引值，齿面图像中被保留的连通域不变，其他区域设置为不参与运算的数即NaN。
[0030]进一步，步骤5.1中，利用被测螺旋锥齿轮的绝对相位图，给端面孔外缘提取结果中的外缘处元素赋予被测螺旋锥齿轮的绝对相位图对应位置的相位信息，得到端面孔外缘绝对相位图。
[0031]进一步，步骤5.1中，利用被测螺旋锥齿轮的绝对相位图，给齿轮印痕、齿面提取结果中的齿轮印痕和齿面赋予被测螺旋锥齿轮的绝对相位图对应位置的相位信息，得到齿轮印痕和齿面的绝对相位图。
[0032]进一步，步骤7中，在进行点云显示前，去除齿面重建结果中的杂点，保留特征点。
[0033]进一步，步骤7中，根据提取到的端面孔圆心，将齿面以及齿轮印痕点云的坐标系圆心转换到端面孔圆心处，转换方式为：
[0034]T2
i
(x,y,z)＝T1
i
(x,y,z)
‑
O(x,y,z)；
[0035]M2
i
(x,y,z)＝M1
i
(x,y,z)
‑
O(x,y,z)；
[0036]其中，T1
i
和T2
i
分别表示转换前后的齿面点云各点的三维坐标，M1
i
和M2
i
分别表示转换前后的齿轮印痕点云各点的三维坐标，O(x,y,z)表示端面孔圆心的三维坐标。
[0037]进一步，步骤8中，选取到齿轮印痕所有外凸点中距离其最近边缘的距离表示齿轮印痕在齿面上的相对位置。
[0038]本专利技术的有益效果：
[0039]本专利技术能够准确的测量出三维空间中齿轮印痕在齿面上的相对位置，得到的齿轮印痕点云与实际情况基本一致，并且以齿轮端面孔圆心作为坐标系圆心来建立点云，能够便利的找到齿轮印痕上各个点在整个齿轮坐标系上的三维坐标，为实际工作中进行一对螺旋锥齿轮的接触区位置调整提供了帮助。
附图说明
[0040]图1是本专利技术所述基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法的基本流程图；
[0041]图2是本专利技术各流程关系图。
具体实施方式
[0042]以下将参照附图和优选实施例来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中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。应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。
[0043]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，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，齿轮副装配滚检：对被测螺旋锥齿轮副进行涂粉，然后进行滚检，形成螺旋锥齿轮齿轮副印痕区域；步骤2，齿轮图像采集，包括：步骤2.1，拍摄被测螺旋锥齿轮灰度图，作为齿轮印痕与齿面区域在二维平面提取的原图；步骤2.2，拍摄被测螺旋锥齿轮正弦光栅相位图；步骤3，图像处理，包括：步骤3.1，对原图进行阈值处理，得到显现出端面的二值化图像，提取端面孔外缘；步骤3.2，对原图进行阈值处理，得到显现出齿面印痕的二值化图像，提取齿轮印痕；步骤3.3，对原图进行阈值处理，得到显现出齿面的二值化图像，提取齿轮印痕对应的齿面区域；步骤4，结构光解码：对步骤2.2拍摄的被测螺旋锥齿轮正弦光栅相位图进行多频外差解相位，得到被测螺旋锥齿轮的绝对相位图；步骤5，三维重建，包括：步骤5.1，确定端面孔外缘、齿轮印痕以及齿面的绝对相位图；步骤5.2，对三个绝对相位图分别进行三维重建，分别得到端面孔外缘、齿轮印痕以及齿面的点云；步骤6，确定端面孔圆心，将端面孔外缘的点云进行空间圆拟合，确定端面孔的三维圆心；步骤7，点云显示，将齿轮印痕和齿面的点云坐标系圆心转到到端面孔圆心处并显示；步骤8，齿轮印痕尺寸检测。2.根据权利要求1所述的基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其特征在于，所述步骤2.2中，投射54步正弦光栅相移条纹图到齿面，相机同步采集到54张相移条纹图下的齿轮图，条纹周期分别为90、99、100，条纹图生成公式为：纹图下的齿轮图，条纹周期分别为90、99、100，条纹图生成公式为：其中，I
i
(x,y)表示第i幅光栅图像的光强，A表示与图案强度、环境强度相关的平均强度，B表示与图案对比、表面反射率有关的调制强度，φ(x,y)表示点(x,y)的相位值，表示相移值。3.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其特征在于，步骤3.1中，通过设置可调灰度阈值Ts，二值图像满足判定原则：征在于，步骤3.1中，通过设置可调灰度阈值Ts，二值图像满足判定原则：式中，P(x,y)为点(x,y)的灰度值；经过阈值处理后的图像矩阵元素为0或者1；除端面孔的外边缘的对应图像矩阵元素为1外，显现出端面的二值化图像的其他区域全部置为不参与运算的数。
4.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉的螺旋锥齿轮接触印痕三维检测方法，其特征在于，步骤3.2中，提取齿轮印痕的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明德，郭江川，张卫青，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：