一種基于機(jī)器視覺引導(dǎo)的激光齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于齒輪倒角輪廓測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于機(jī)器視覺引導(dǎo)的激 光齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002] 倒角齒輪是汽車、工程機(jī)械等變速箱中必備的核心部件之一，是實(shí)現(xiàn)換擋導(dǎo)向和 運(yùn)動(dòng)傳遞的元件，起降低沖擊振動(dòng)的作用。目前倒角的形狀主要有：平面尖角、弧面倒角、 尖拱圓角和非對(duì)稱倒角等。汽車變速箱根據(jù)不同工況需要切換檔位實(shí)現(xiàn)變速，每次切換就 是配對(duì)齒輪的脫離和重新嚙合的過程，未經(jīng)倒角的齒輪在切換檔位時(shí)，配對(duì)齒輪之間容易 發(fā)生沖擊和碰撞，而且重新嚙合困難。倒角的加工精度直接影響到變速箱的嚙合傳動(dòng)性能， 對(duì)于倒角齒輪而言，待測(cè)量的結(jié)構(gòu)主要為齒端上的倒角，由于受到被測(cè)倒角所在截面相對(duì) 位置的限制，目前還沒有一種很好的測(cè)量方法能夠較方便地實(shí)現(xiàn)齒端上倒角輪廓的參數(shù)測(cè) 量。
[0003] 目前各種類型的倒角齒輪件的內(nèi)、外齒端面倒角輪廓的尺寸和形位公差的測(cè)量主 要采用輪廓測(cè)量?jī)x來進(jìn)行。輪廓測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理是：傳感器的探針與工件的被測(cè)輪廓的 表面接觸，驅(qū)動(dòng)器以恒定的速度帶動(dòng)傳感器沿測(cè)量方向運(yùn)動(dòng)，使探針在工件表面上勻速滑 行，驅(qū)動(dòng)器行進(jìn)一個(gè)采樣間隔的同時(shí)，傳感器記錄下表面輪廓點(diǎn)縱坐標(biāo)并將其轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)輸入計(jì)算機(jī)。這類輪廓測(cè)量?jī)x的測(cè)量方式是接觸式測(cè)量，在測(cè)量過程中傳感器探針必須 與被測(cè)輪廓的表面相接觸，由于傳感器探針的硬度高，極可能劃傷被測(cè)工件的表面，長(zhǎng)期測(cè) 量后探針頭部也會(huì)磨損；此外，由于受到臂長(zhǎng)的限制，輪廓測(cè)量?jī)x很難獲取到完整的輪廓邊 緣數(shù)據(jù)，因而使輪廓數(shù)據(jù)的完整性受到影響。
[0004] 在評(píng)價(jià)齒輪倒角質(zhì)量時(shí)，一般需要對(duì)每個(gè)倒角進(jìn)行多截面測(cè)量。專利號(hào)為： 2011102364117,名稱為：齒輪倒角激光測(cè)量?jī)x的專利公開的技術(shù)方案可以測(cè)量一個(gè)齒的多 個(gè)截面，但必須根據(jù)齒輪內(nèi)孔的直徑選配相應(yīng)的芯軸，并依靠轉(zhuǎn)臺(tái)和定位夾具才能實(shí)現(xiàn)齒 輪的定位；在一個(gè)齒的多個(gè)截面測(cè)量完成后，需根據(jù)齒輪齒數(shù)的奇偶調(diào)節(jié)卡具，以便被測(cè)齒 能夠定位在測(cè)量傳感器的下方，才可以進(jìn)行下一個(gè)齒的多個(gè)截面的倒角輪廓測(cè)量，在工件 重新裝卡過程中，人為因素會(huì)影響測(cè)量精度，同時(shí)，在重復(fù)測(cè)量過程中測(cè)量數(shù)值的穩(wěn)定性也 受到影響。
[0005] 由于傳統(tǒng)輪廓測(cè)量?jī)x在齒輪倒角檢測(cè)時(shí)存在的上述問題，倒角齒輪生產(chǎn)廠家對(duì)專 用型齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x有著迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用非接觸式測(cè)量、測(cè)量精確、制 造成本低的基于機(jī)器視覺引導(dǎo)的激光齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法，尤其適合變速箱 齒輪的測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于機(jī)器視覺引導(dǎo)的激光齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x，包括 機(jī)器視覺標(biāo)定裝置、測(cè)量工作臺(tái)、齒輪倒角輪廓測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置，
[0008] 所述機(jī)器視覺標(biāo)定裝置，包括光源組件，所述光源組件設(shè)于測(cè)量工作臺(tái)上，測(cè)量工 作臺(tái)一側(cè)設(shè)有Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端設(shè)有工業(yè)相機(jī)，所述工業(yè)相機(jī)通過USB 數(shù)據(jù)線接口連接到數(shù)據(jù)采集處理裝置，
[0009] 所述齒輪倒角輪廓測(cè)量裝置，包括設(shè)于測(cè)量工作臺(tái)一側(cè)的X-Y移動(dòng)平臺(tái)，所述X-Y 移動(dòng)平臺(tái)上連接有Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上設(shè)有激光位移傳感器，激光位移傳感 器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集處理裝置相連。
[0010] 進(jìn)一步，所述測(cè)量工作臺(tái)相鄰的兩邊設(shè)有與之連為一體、且垂直于測(cè)量工作臺(tái)的 標(biāo)定板限位擋塊，所述測(cè)量工作臺(tái)上設(shè)有與之大小相同的標(biāo)定板，所述標(biāo)定板從兩個(gè)方向 靠緊兩個(gè)標(biāo)定板限位擋塊實(shí)現(xiàn)精確定位，所述標(biāo)定板中間區(qū)域設(shè)有黑白相間的方格，方格 的交點(diǎn)即標(biāo)定點(diǎn)。
[0011] 進(jìn)一步，所述光源組件包括LED光源，測(cè)量工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有一個(gè)可以放置LED光源的 LED光源固定平面，當(dāng)拍攝齒輪的圖像時(shí)，根據(jù)需要可為系統(tǒng)環(huán)境提供光照，所述的LED光 源固定平面對(duì)邊設(shè)有開口，所述開口是LED電源線引出孔，所述標(biāo)定板位于測(cè)量工作臺(tái)上 表面。
[0012] 進(jìn)一步，所述測(cè)量工作臺(tái)和X-Y移動(dòng)平臺(tái)均固定在大理石底座上，所述X-Y移動(dòng)平 臺(tái)包括X軸導(dǎo)軌和Y軸導(dǎo)軌，所述X軸導(dǎo)軌固定在大理石底座上，且X軸導(dǎo)軌上方接觸設(shè)有 X軸滑塊，所述X軸導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有與X軸滑塊接觸的X軸光柵尺，所述Y軸導(dǎo)軌與X軸滑塊固 定連接，且Y軸導(dǎo)軌上方接觸設(shè)有Y軸滑塊，所述Y軸導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有與Y軸滑塊接觸的Y軸光 柵尺，且X-Y移動(dòng)平臺(tái)與驅(qū)動(dòng)控制器連接。
[0013] 進(jìn)一步，X-Y移動(dòng)平臺(tái)與伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，帶動(dòng)其在X-Y方向上移動(dòng)，伺服驅(qū)動(dòng) 電機(jī)通過控制電纜與驅(qū)動(dòng)控制器連接，驅(qū)動(dòng)控制器通過專用數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)采集處理裝置連 接。
[0014] 進(jìn)一步，所述Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括立柱，所述立柱上連接有橫臂，所述立柱與橫臂 通過齒輪齒條結(jié)構(gòu)可以上下移動(dòng)。
[0015] 進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置還與打印輸出設(shè)備相連。
[0016] -種采用上述齒輪倒角輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量倒角輪廓的方法，包括以下步驟：
[0017] (1)使用工業(yè)相機(jī)對(duì)標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集，并對(duì)標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定與視覺定位，即建 立齒輪工件在測(cè)量工作臺(tái)上的坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)之間的關(guān)系，確定測(cè)量的起始點(diǎn)，即初始化 零占.
[0018] (2)將被測(cè)齒輪放置在指定區(qū)域（即前述標(biāo)定板的方格點(diǎn)區(qū)域），并拍攝齒輪的圖 像；
[0019] (3)確定被測(cè)齒輪的中心；
[0020] (4)選定測(cè)量截面的位置并進(jìn)行路徑規(guī)劃；
[0021] (5)驅(qū)動(dòng)控制器帶動(dòng)X-Y移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使激光位移傳感器定位到被測(cè)齒輪倒角 的相應(yīng)截面處；
[0022] (6)激光位移傳感器沿與齒廓成型面中間交線相垂直的方向，對(duì)齒輪倒角進(jìn)行輪 廓測(cè)量，同時(shí)記錄該測(cè)量數(shù)據(jù)；
[0023] (7)激光位移傳感器沿直線插補(bǔ)方向移動(dòng)至下一規(guī)定截面，再次測(cè)量倒角輪廓，并 記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)該動(dòng)作η次，依次記錄數(shù)據(jù)；
[0024] (8)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集處理裝置（即計(jì)算機(jī)）進(jìn)行處理，以圖形方式加以 顯示，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化，進(jìn)而完成齒輪倒角輪廓的精密測(cè)量。
[0025] 進(jìn)一步，步驟（1)中，獲取標(biāo)定板方格點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值，解得標(biāo)定矩陣系數(shù)，對(duì)于 圖像上的任意一個(gè)像素點(diǎn)，通過轉(zhuǎn)換矩陣輸出實(shí)際點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0026] 進(jìn)一步，步驟（3)中，獲取齒輪外輪廓的最左點(diǎn)、最右點(diǎn)、最上點(diǎn)和最下點(diǎn)，通過擬 合算法公式得出齒輪的中心。
[0027] 進(jìn)一步，步驟（4)中，遍歷輪齒邊緣點(diǎn)，選取距齒輪中心最遠(yuǎn)的點(diǎn)，選取這些點(diǎn)中 最外側(cè)兩個(gè)點(diǎn)并畫其連接線，取該連線中點(diǎn)，并與齒輪中心點(diǎn)連線，該連線默認(rèn)為是與待測(cè) 倒角截面垂直的法線，根據(jù)截面距離、截面測(cè)量行程確定測(cè)量起始點(diǎn)，完成測(cè)量路徑規(guī)劃。
[0028] 進(jìn)一步，步驟（7)測(cè)量次數(shù)η至少為3次。
[0029] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
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