直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105571523A(43)申请公布日2016.05.11(21)申请号201510974771.5(22)申请日2015.12.23(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市东南湖大路3888号(72)发明人李冠楠徐新行王恒坤庄昕宇王兵(74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所22210代理人张伟(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法(57)摘要本发明涉及一种直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，基于一字线激光视觉成像系统，建立渐开线齿形误差的测量模型，结合光条中心线检测技术、角点检测技术和摄像机标定技术等实现被测目标的测量，其包括以下步骤：1)标定激光主动照明下的视觉成像模型；2)标定伪光平面方程参数；3)计算齿廓表面被测点三维坐标；4)计算齿廓表面渐开线齿形误差。本发明采取了视觉测量技术，因此能实现在线非接触检测，同时采用了精确的激光主动照明技术，能保证较高的测量精度，对于IT6-8级精度齿轮，其测量精度小于等于±0.015mm。CN105571523ACN105571523A权利要求书1/2页1.一种直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，其特征在于：基于一字线激光视觉成像系统，建立渐开线齿形误差的测量模型，结合光条中心线检测技术、角点检测技术和摄像机标定技术等实现被测目标的测量，其包括以下步骤：1)标定激光主动照明下的视觉成像模型；2)标定伪光平面方程参数；3)计算齿廓表面被测点三维坐标；4)计算齿廓表面渐开线齿形误差。2.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，其特征在于：步骤1)中所述的标定激光主动照明下的视觉成像模型包括标定CCD摄像机的内参和畸变系数，以及激光光平面的平面参数，基于张正友提出的摄像机平面标定算法，使用高精度标定板在不同姿态下图像的角点坐标，标定出摄像机内部参数和镜头的畸变系数，具体过程包括下列步骤：1.1)利用CCD摄像机采集10幅标定板在不同姿态下的图像；1.2)使用Bouguet工具箱检测出图像中角点的亚像素坐标；1.3)基于张正友提出的摄像机平面标定算法，利用检测得到的角点的像素坐标和世界坐标求解摄像机内参、畸变系数和外参的初值；1.4)利用CCD摄像机采集6幅共面标靶图像；1.5)使用Bouguet工具箱检测出图像中角点的亚像素坐标，应用Steger算法检测出图像中光条中心点的亚像素坐标，利用所有不同姿态的共面标靶图像中提取到的特征点的像素坐标和世界坐标，对摄像机内参、畸变系数和光平面参数进行优化求解，此优化问题可采用Levenberg-Marquardt(L-M)法求解。3.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，其特征在于：步骤2)中所述的标定伪光平面方程参数，是利用齿轮回转轴线的方向向量和步骤1)所述的激光光平面的平面参数建立垂直于齿轮回转轴线的伪激光光平面，并计算该伪光平面方程参数，具体过程包括以下步骤：2.1)选择齿轮回转轴线的方向向量作为伪光平面的法线方向向量，将标定板固定在两顶尖之间，拍摄标定板在两个不同位置处的图像，通过步骤1.2)和1.3)计算两幅图像中的标定板平面在相机坐标系下的方程，通过两个方程确定齿轮回转轴线的方向向量；2.2)选择齿轮回转轴线和激光光平面的交点作为伪光平面上的一点，将步骤2.1)的标定板在两个位置处的方程与激光光平面方程联立，即可求得该交点坐标；2.3)通过步骤2.1)确定的伪光平面法线方向向量和步骤2.2)确定的伪光平面上的一点确定伪光平面在相机坐标系下的方程；2.4)在伪光平面上建立局部坐标系，通过伪光平面在相机坐标系下的方程计算该局部坐标系与相机坐标系之间的转换关系。4.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，其特征在于：步骤3)中所述的计算齿廓表面被测点三维坐标，具体过程包括以下步骤：3.1)保持CCD摄像机和激光器的相对位置不变，将被测齿轮套在一根芯轴上，芯轴的两端用顶尖支撑，用CCD摄像机采集激光投射到被测齿轮表面上的图像；3.2)将采集到的图像送到计算机系统里进行处理，提取光条中心点的亚像素坐标，计2CN105571523A权利要求书2/2页算该点在摄像机坐标系下的坐标；3.3)通过步骤2.4)确定的局部坐标系与相机坐标系之间的转换关系，计算光条中心点在局部坐标系下的坐标。5.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮渐开线齿形误差视觉测量方法，其特征在于：步骤4)中所述的计算齿廓表面渐开线齿形误差，具体过程包括以下步骤：4.1)根据直齿圆柱齿轮渐开线齿形误