基于机器视觉的直齿轮齿距偏差检测

针对直齿轮齿距偏差测量难度大、测量精度低的现状,文章采用机器视觉技术对直齿轮的齿距偏差进行检测。通过机器视觉系统获取齿轮图像,利用改进的Zernike矩亚像素边缘检测算法进行齿轮边缘检测;利用重心法求取齿轮几何中心,利用统计连通域法求取齿数,利用凸包法计算齿顶圆半径并计算获取齿根圆半径,通过齿顶圆公式计算模数,通过分度圆公式计算分度圆半径;依据测量结果给出了齿轮齿距偏差的测量方法,通过测量结果与直齿轮实际尺寸对比和分析,证明了该算法的合理性,可以实现齿距偏差的有效检测。     

基于机器视觉的斜齿轮参数检测

为了实现斜齿轮参数的非接触式快速检测,提出了一种斜齿轮参数视觉检测方法。对于斜齿圆柱齿轮该方法可以实现齿顶圆直径、齿根圆直径、分度圆直径、齿数、模数、螺旋角和旋向的检测。通过预处理对斜齿轮端面画面进行图像增强,使用阀值分割和边缘检测获取斜齿轮端面轮廓,基于最小二乘法拟合齿顶齿根圆对斜齿轮的主要特征参数进行检测,在齿轮侧面使用SVM对斜齿轮的旋向进行分类检测,并计算齿顶区域的倾斜角度换算得螺旋角。经实验,该方法对不同规格斜齿轮的参数检测均有效,具有良好的稳定性、精确性。     

利用数字图像处理技术测量直齿圆柱齿轮几何尺寸

研究了采用数字图像处理技术实现对直齿圆柱齿轮几何尺寸的非接触式测量.首先对CCD摄像机拍摄的图像进行畸变校正与滤波去噪,然后对图像进行阈值分割,采用基于数学形态法的四邻域腐蚀来获得单像素宽的图像边缘.针对齿轮的边缘轮廓形状特征,运用重心法、最小二乘拟合、Bresenham画圆法和Hough变换等原理,建立了测量齿轮齿数、模数、中心孔半径、齿顶圆半径、齿根圆半径和变位系数等齿轮几何尺寸参数的测量算法.使用1280×1024的CCD摄像机及黑白采集卡对分度圆直径为50mm的直齿圆柱齿轮进行测量实验,与人工测量值对比,绝对误差小于一个像素,在各测量参数中,最大尺寸的齿顶圆半径绝对误差值为13μm.研究结果表明:因为CCD摄像设备的分辨率越高、被测物体的尺寸越小,则测量精度越高,且为线性关系,所以,使用高分辨率CCD摄像设备并配备光学放大系统,可实现对高精度和微小直齿圆柱齿轮几何尺寸参数的测量.如使用1280×1024像素以上的CCD摄像设备测量分度圆直径5mm以下的直齿圆柱齿轮时,测量精度可在2μm以下.     

基于Pro/E的双圆弧齿轮参数化建模

基于Pro/E操作平台介绍了双圆弧齿轮的三维参数化建模方法.利用其内部开发程序,建立了双圆弧齿轮齿顶圆、齿根圆、分度圆等几何参数与模数、齿数等基本参数的关系.以旋转、扫描混合、镜像及阵列等方法,得到了双圆弧齿轮的实体模型,实现了实体模型按齿轮模数、齿数等基本参数的联动.这种设计方法对提高齿轮产品的设计、制造和装配精度有重要意义.     

基于机器视觉的齿轮参数测量系统

针对传统的机械接触式齿轮测量仪器操作复杂、易产生主观误差等问题，提出一种基于机器视觉齿轮参数非接触式测量系统。首先利用图像灰度变换、直方图均衡化方法对图像进行预处理，提出小波变换模极大值法计算图像的矢量模值和相角，寻找梯度方向极大值点，选取自适应阈值方法提取目标图像边缘。对齿轮的边缘轮廓形状特征，采用最小二乘法拟合原理，计算齿轮的齿根圆直径、齿顶圆直径、齿数和模数等参数。以两种参数的齿轮零件测量为例进行实验分析，结果表明，测量值满足测量精度要求，证明了所提测量系统的可行性。     

小模数直齿轮免参数并行快速测量

小模数齿轮在实际制造中,单条产线多台设备通常同时生产多种不同参数的齿轮,迄今无法用单台齿轮测量仪器在生产线上同时实时全检这些不同参数的齿轮。开发了基于Facet的齿轮亚像素边缘定位算法、基于迭代重加权最小二乘的齿轮中心定位法、圆与齿廓交点快速定位法、正弦函数拟合齿数法和齿廓近似测压力角法等;若结合适当的送料与定位机构,本文方法能够在未知参数时,实现多种不同型号齿轮的混合测量,无需装夹,测量效率高。可以实现齿数、模数、压力角、齿顶圆直径、齿根圆直径、全齿高、齿宽、公法线变动量、变位系数、齿廓偏差和形位误差的测量。实验结果表明：该方法测量0.5～1.0 mm模数的直齿轮的重复性精度为4μm。该方法在小模数齿轮柔性化生产线具有重要应用前景。     

基于Pro/E角变位齿轮参数化建模方法研究

相对于标准齿轮,变位齿轮具有配凑中心距、避免根切、使机构结构紧凑等优点,但设计计算复杂,模型很难精确建立。基于变位齿轮的变位特点、加工原理及渐开线齿廓的参数化方程,结合实例,利用Pro/E中拉伸、阵列等参数化建模方法,建立齿顶圆、分度圆、齿根圆、基圆等几何参数与模数、齿数及压力角等基本参数的关系,实现变位齿轮的三维参数模型的精确建立;通过修改相应的设计参数及关联关系式,能够实现不同变位系数齿轮的快速造型,同时避免复杂的尺寸计算和重新建模的过程,提高了设计效率。     

标准奇数齿直齿圆柱齿轮齿顶圆直径校正系数新探

笔者在对连轴奇数齿标准直齿圆柱齿轮进行基本参数测绘时,发现了一些问题,并对相关参数进行了修正。一般齿轮都是以模数作为计算的依据,当被测齿轮是个连轴的奇数齿标准齿轮时,按常规均采用测量齿顶圆直径的方法来确定模数,见图。由于ｄａ＝ｚ＋２ｈａ）ｍ所以ｍ＝ｄａ／ｚ＋２ｈａ式中ｄａ——齿顶圆直径ｚ——齿数ｈａ——齿顶高系数ｍ——模数当齿数为奇数时,卡尺直接测出的尺寸并不是真正的齿顶圆直径ｄａ,而是ｄａ′。根据图上的几何关系可得出ｄａ与ｄａ′的关系为ｄａ′＝ｄａ＋ｄａ·ｃｏｓ２θ／２＝ｄａ１＋ｃｏｓ２θ／２…     

一种反求渐开线齿轮(或花键)参数的实用方法

为简化渐开线齿轮 (或键 )实物的测绘过程 ,本文提出了一种新颖实用的反求方法 ,利用未知参数的圆柱渐开线齿轮 (或花键 )某一齿的轴截面上任测的若干个点 ,先快速反算出基圆半径 ,然后根据基圆半径推算出实际的模数和压力角 ,进而求出基本参数和测量参数。基于这种方法 ,编制了一套反求圆柱渐开线齿轮 (或花键 )参数的软件系统。通过使用 ,证实了文中所提方法和所涉及的关键算法的正确性     

轮齿的轮廓参数检测技术研究

目前机器视觉在齿轮检测的广泛应用中,对于轮齿轮廓的检测只进行齿宽的检测,而对于整个轮齿轮廓缺乏有效的检测方法。通过搭建机器视觉检测系统对齿轮中的每个轮齿轮廓进行检测,并根据检测数据判断该齿轮的合格性。首先通过对齿轮图像进行预处理和边缘检测来获取齿轮的外轮廓边缘,然后对齿轮进行改进的Devernay亚像素边缘检测计算出高精度的齿轮参数,其中包括齿顶圆直径、齿根圆直径、模数等齿轮参数,并计算每个轮齿外轮廓数据与标准渐开线轮廓之间的差值,获得该轮齿的轮廓误差并判断其是否符合标准,最后整合各个轮齿的合格性来最终判断整个齿轮的合格性。该方法能够使原本只针对单个点的齿宽检测拓展为整个轮齿轮廓的检测,大大提高了轮齿轮廓的检测范围,从而提高了检测精度。     

螺旋锥齿轮大轮齿形误差的在机测量

为了在国产数控螺旋锥齿轮磨齿机上实现大轮齿形误差的在机测量,对大轮齿形误差的在机测量方法进行了研究。基于齿轮坐标系与机床坐标系之间的关系,建立了将齿面离散点坐标及法矢从齿轮坐标系转换到机床坐标系的方法。根据大轮的齿面几何特征,建立了大轮齿形误差的在机测量方法以及测量流程。根据在机测量得到的测球球心空间坐标,运用曲面拟合技术和最优化算法,计算了实际齿面相对于理论齿面沿各离散点法矢方向的齿形误差值。通过对比在机测量和齿轮测量中心的齿形误差测量结果,验证了螺旋锥齿轮大轮齿形误差在机测量方法的正确性。     

基于QMC的齿轮测量中心测量不确定度评定方法

为评定齿轮测量中心测量不确定度,提出了一种基于拟蒙特卡罗法(quasi Monte-Carlo method,QMC)的齿轮测量不确定度评定方法。研究了齿轮测量中心的几何误差源,应用坐标变换法建立了齿轮测量中心精密测量模型,采用拟蒙特卡罗仿真法对齿轮测量中心测量不确定度进行了评定,并分析了评定的稳定性。评定实验表明,该方法可准确评定齿轮测量中心测量不确定度,评定结果最大偏差为2.35%,评定方法稳定。     

盘类齿轮成形磨齿自适应加工研究

盘类齿轮端面和台阶面外圆作为基准进行定位加工时,齿轮轴线与工作台旋转轴线不重合会造成加工误差,为此,提出了一种盘类齿轮成形磨齿自适应加工方法。介绍了盘类齿轮成形磨齿自适应加工实现原理;通过采集齿轮在工作台上的关键位置坐标,拟合出了齿轮中心孔轴线在工作台坐标系的实际位置,以该轴线为Z轴建立了齿轮轴线坐标系,推导了齿轮轴线坐标系内坐标与工作台坐标系内坐标的转换公式,并计算出每个齿槽切削时砂轮需要调整的角度。齿轮加工实例计算与仿真模拟的结果表明：当齿轮装夹后中心孔轴线偏心时,通过该方法可以提高齿轮的加工精度。     

红外相机光轴标定研究

随着红外技术的不断发展,红外成像定位系统在现代工程测量中的应用越来越广泛。大部分测量系统一般都会选取红外相机的光轴作为系统的参照基准,因此红外相机的光轴标定的准确性将直接决定整套测量系统的准确度等级。激光跟踪仪是空间尺寸测量的一种常用仪器,它可以建立笛卡尔三维坐标系将空间任意点以坐标点形式表示出来,通过坐标点确定系统中点、线、面之间的几何位置关系。利用三靶球位置坐标原理将红外相机的光轴等虚拟参数以空间坐标点的方式标示出来,为后续试验人员的校准定位工作提供一定的技术依据和参考。     

Pitch deviation measurement and analysis of curve-face gear pair

The curve-face gear pair is proposed as a new type of gear pair which was put forward in recent years. It can achieve variable ratio transmission of motion and power between the intersection axes. In the matter of the inspection of the pitch deviations of this gear pair, there is no practical possibility for a reliable metrological traceability to national or international measurement standards can be provided. Hence, a new method was proposed in this article, which was based on the CNC gear measuring center, aimed at the gear artefacts processed by the five-axis machining center. With the coordinate data which were obtained by the gear measuring center, the pitch deviations of the gear pair were obtained. In addition, based on the values of the pitch deviations, the angular deviations of curve-face gear pair can be worked out, and the results turn out that the measurement method is feasible.     

基于齿轮测量中心的环面蜗杆测量研究

基于啮合原理,本文在同一坐标系中推导了直廓和平面包络环面蜗杆的齿面方程。同时结合齿轮测量中心的测量方式和环面蜗杆的特点,确定了对环面蜗杆误差项目的测量方法,并分析了测量时的运动控制策略。在此基础上利用Vc++开发环面蜗杆测量软件,从而实现环面蜗杆的自动测量。     

基于NURBS曲面拟合的特大型齿轮齿廓偏差评定

在中等尺寸齿轮测量中,通常以轴线作为测量的基准,但对特大型齿轮来说,要精确获取其轴线存在较大困难。为了特大型齿轮特征线测量问题,本文提出并采用了三维测量与评定的方法。首先利用激光跟踪仪进行被测齿轮的粗定位,获取被测齿轮与三维平台的相对位置关系;然后利用所设计的三维平台在被测齿面获取大量的数据点,对这些数据点进行NURBS曲面拟合,建立真实齿面的三维参数化模型;最后将所建立的参数化模型与理论模型相比较得到齿廓等偏差。实验结果表明,该方法在解决特大型齿轮特征线测量方面具有较好的可行性。     

基于正交距离回归齿面的齿轮误差评定

为了通过测量齿面拓扑轮廓来获取特征线误差,提出了一种基于正交距离回归齿面的误差计算方法。对该方法涉及的实际齿面与理论齿面匹配算法、拓扑轮廓误差的计算与分解及齿面特征线误差的评定算法进行了研究。首先,通过坐标测量方法获取的齿面拓扑数据,建立包含回归齿面参数的非线性方程。然后,求解非线性方程得到回归齿面参数的最优近似解,从而得到与实际齿面匹配的理论齿面,拓扑测量点相对理论齿面的正交距离即为齿面拓扑误差。最后,基于齿轮误差多自由度理论,对实际齿面进行局部自由度及全局自由度回归,进一步分解出齿面的齿廓误差和螺旋线误差。以一标准圆柱直齿轮的齿面拓扑测量点数据为例进行了误差计算,结果显示:计算的结果与直接进行特征线测量的结果差值小于0.5μm,表明提出的基于正交距离回归齿面进行齿轮误差评定的方法是有效的,可以应用于坐标类仪器检测齿轮误差。     

基于激光三角法和嵌入式的微位移实时检测系统

基于激光三角法和嵌入式的微位移实时检测技术,采用激光三角法测距和灰度重心法提取激光条纹中心的原理,使线结构光、透镜、CCD位置信息满足Scheimpflug共轭清晰成像条件。通过图像处理获取像面坐标系位移信息,得到待测物体物面坐标系的位移,利用灰度重心法实时提取结构光条纹中心的特点,结合嵌入式系统尺寸小、稳定、便携的特性,实现对待测物体进行实时、非接触和微位移测量。     

基于双平行平面相机模型的钢板尺寸视觉测量

提出基于双平行平面相机模型的视觉测量方法,用于测量生产线上运动钢板的尺寸。该方法采用数据驱动的方式计算像点在标定平面上投影点的世界坐标;采用k近邻(k-NN)方法生成目标在标定平面上的无畸变投影图像,并建立投影图像与世界坐标系的直接关联。提出了双平行平面模型下相机光心位置标定算法,利用线结构光进行板材厚度测量;在无畸变的投影图像上利用钢板边缘间的平行和垂直性进行钢板边缘特征提取,通过边缘直线的世界坐标方程求取长宽尺寸。最后,给出了针对大尺寸钢板测量的多相机测量系统框架。提出的方法为单目视觉测量方法,相比于其他方法具有现场安装简单和标定工作量小的特点。通过图像分辨率为640×480的相机对尺寸为80mm×50mm×15mm的标准铝块进行了测量,结果显示:厚度测量误差为0.1mm,长度和宽度的误差在0.2mm以内。实际应用中测量精度远高于加工精度,能够满足产品计量的要求。