齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置及测量方法.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CN105509651A(43)申请公布日2016.04.20(21)申请号201610013879.2(22)申请日2016.01.11(71)申请人石家庄铁道大学地址050043河北省石家庄市长安区北二环东路17号石家庄铁道大学机械工程学院(72)发明人任彬王伟明马增强杨绍普欧阳慧泉沈晓彦(74)专利代理机构北京远创理想知识产权代理事务所(普通合伙)11513代理人李蔚君(51)Int.Cl.G01B11/16(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置及测量方法(57)摘要本发明涉及一种齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置及测量方法，其包括齿轮动态加载机构，齿轮动态加载机构与被测齿轮啮合接触形成啮合面，在齿轮动态加载机构和被测齿轮之间设置有图像传递系统，图像传递系统将啮合面的清晰图像传递至成像设备；成像设备通过图像传递系统将采集到的啮合面立体图像输送至数字图像处理系统；齿轮动态加载机构包括模拟齿、L型转动轴、电磁铁、电磁铁控制器和支撑结构；被测齿轮与模拟齿啮合，模拟齿固定在L型传动轴的一端，L型传动轴的另一端设置有电磁铁，电磁铁与电磁铁控制器电连接；L型传动轴中部与支撑结构活动连接。本发明光路简单、对环境要求较低、具有非接触和全场测量等优点，可以广泛应用于机械测试领域。CN105509651ACN105509651A权利要求书1/2页1.一种齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述装置包括齿轮动态加载机构、被测齿轮、图像传递系统、成像设备和数字图像处理系统；所述齿轮动态加载机构与所述被测齿轮啮合接触形成啮合面，在所述齿轮动态加载机构和被测齿轮之间设置有所述图像传递系统，所述图像传递系统将啮合面的清晰图像传递至所述成像设备；所述成像设备通过所述图像传递系统将采集到的啮合面立体图像输送至所述数字图像处理系统；所述齿轮动态加载机构包括模拟齿、L型转动轴、电磁铁、电磁铁控制器和支撑结构；所述被测齿轮与所述模拟齿啮合，所述模拟齿固定在所述L型传动轴的一端，所述L型传动轴的另一端设置有所述电磁铁，所述电磁铁与所述电磁铁控制器电连接；所述L型传动轴中部与所述支撑结构活动连接。2.如权利要求1所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：在所述模拟齿上，与所述被测齿轮接触的一侧设置成与所述被测齿轮相同的渐开线表面，所述模拟齿的另一侧为平面；所述模拟齿的底端为棱形。3.如权利要求1所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述模拟齿的体积为所述被测齿轮单齿体积的1/3。4.如权利要求2所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述模拟齿的体积为所述被测齿轮单齿体积的1/3。5.如权利要求1至4任一项所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述图像传递系统包括卤素灯、准直透镜、反射棱镜和楔形棱镜；所述卤素灯提供的照明光经过所述准直透镜准直后到达所述反射棱镜，所述反射棱镜将照明光反射至所述楔形棱镜；所述楔形棱镜设置在所述被测齿轮与所述模拟齿之间，所述反射棱镜反射至的照明光经所述楔形棱镜传输至啮合面；所述楔形棱镜将啮合面的图像经所述反射棱镜透射传输至所述成像设备。6.如权利要求5所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述楔形棱镜一侧，位于所述模拟齿和被测齿轮的啮合面位置处还设置有标定模板。7.如权利要求1至4、6任一项所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述成像设备采用远心镜头的双工业CCD相机。8.如权利要求5所述的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量装置，其特征在于：所述成像设备采用远心镜头的双工业CCD相机。9.一种如权利要求1至8任一项所述装置的齿轮啮合面三维微应变场的数字图像测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在被测齿轮的啮合表面喷涂随机散斑或者进行喷丸处理，然后将被测齿轮和齿轮动态加载机构上的模拟齿啮合；(2)校准图像传递系统；开启卤素灯，利用标定模板对卤素灯、准直透镜、反射棱镜和楔形棱镜进行标定，使齿轮啮合面的图像传递至双工业CCD相机，获取双工业CCD相机参数以及楔形棱镜、反射棱镜对成像影响的标定参数；(3)通过电磁铁控制器启动电磁铁，使L型转动轴的另一端受力，并将所受的力传递至L型转动轴一端的模拟齿，带动模拟齿与被测齿轮啮合，使被测齿轮受到恒定啮合力，同时开启双工业CCD照相机采集序列立体图像，并将序列立体图像传输至数字图像处理系统内进2CN105509651A权利要求书2/2页行存储；(4)提取数字图像处理系统中的序列立体图像的不变特征，采用数字图像相