本發(fā)明涉及齒輪的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

齒輪是機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)零件。因其傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，形狀結(jié)構(gòu)多樣，形狀大小參數(shù)靈活可調(diào)，傳動(dòng)比恒定的優(yōu)良特性，齒輪的應(yīng)用面涵蓋了生活、軍事領(lǐng)域的方方面面，小到機(jī)械手表、兒童玩具，大到汽車、輪船、航空航天飛行器。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)X輪質(zhì)量提出了更高的要求，如傳動(dòng)更加平穩(wěn)、傳動(dòng)噪聲更小，而決定這些的是齒輪質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)加工出的齒輪參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，特別是齒廓質(zhì)量的好壞直接影響到齒輪的傳動(dòng)性能。為了保障生產(chǎn)出的齒輪質(zhì)量，需要對(duì)加工的齒輪進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。

由于齒輪形狀復(fù)雜，測(cè)量參數(shù)眾多，導(dǎo)致齒輪參數(shù)測(cè)量一直是一個(gè)難點(diǎn)，特別是漸開線齒形的測(cè)量?，F(xiàn)有的齒輪測(cè)量設(shè)備價(jià)格十分昂貴，測(cè)量方法大多是手工測(cè)量、接觸式測(cè)量，這種測(cè)量方式對(duì)測(cè)量人員的要求較高且勞動(dòng)強(qiáng)度大，有些甚至需要專業(yè)的培訓(xùn)，測(cè)量效率很低，且測(cè)量結(jié)果有較大隨機(jī)性，測(cè)量結(jié)果較大程度上依賴于測(cè)量人員的操作水平和工作狀態(tài)，而且接觸式測(cè)量容易造成齒輪表面質(zhì)量的損壞。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)逐漸進(jìn)入測(cè)量領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)測(cè)量技術(shù)利用工業(yè)相機(jī)采集被測(cè)物的圖像，再將圖像傳送到上位機(jī)，上位機(jī)再利用測(cè)量軟件分析測(cè)量。機(jī)器視覺(jué)有很多傳統(tǒng)測(cè)量方法不能比擬的優(yōu)良特性?；跈C(jī)器視覺(jué)的齒輪測(cè)量系統(tǒng)一般由照明裝置，工業(yè)相機(jī)、鏡頭、上位機(jī)和相應(yīng)的測(cè)量軟件組成。它的原理是，由照明系統(tǒng)發(fā)出的光凸顯齒輪的輪廓，鏡頭將光線聚集在cmos面陣上，cmos再將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，并傳輸?shù)接?jì)算計(jì)，相應(yīng)的測(cè)量軟件進(jìn)行測(cè)量分析齒輪的各個(gè)參數(shù)尺寸。

現(xiàn)有的工業(yè)相機(jī)像素普遍還較低，像素高的相機(jī)成本太高；相機(jī)鏡頭都存在一定變形，雖然遠(yuǎn)心鏡頭的成像畸變很低，但是視野太小，且價(jià)格十分昂貴。以上兩個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重影響了機(jī)器視覺(jué)在齒輪測(cè)量中的精度。

現(xiàn)有技術(shù)1中公開了一種利用機(jī)器視覺(jué)的方法對(duì)齒輪進(jìn)行測(cè)量：系統(tǒng)由相機(jī)、鏡頭、背景光源、齒輪、上位機(jī)，相機(jī)安裝固定支架組成。對(duì)齒輪進(jìn)行全局圖像拍攝，利用形態(tài)學(xué)方法對(duì)齒輪進(jìn)行圖像處理，缺陷檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量,存在以下缺陷：

(1)由于只是對(duì)齒輪拍攝了一幅全局圖像進(jìn)行測(cè)量，分辨率較低，特別是對(duì)于尺寸稍大的齒輪，并且齒輪的各齒的尺寸相對(duì)于整個(gè)齒輪來(lái)說(shuō)太小。這會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量的精度。

(2)相機(jī)鏡頭存在畸變，導(dǎo)致齒輪成像變形，即使經(jīng)過(guò)矯正，仍然無(wú)法完全消除，對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生較大影響。

(3)方法中應(yīng)用的圖像形態(tài)學(xué)方法本身的精度很低。

現(xiàn)有技術(shù)2中公開了一種利用遠(yuǎn)心鏡頭拍攝全局的齒輪圖像進(jìn)行齒輪參數(shù)測(cè)量。遠(yuǎn)心鏡頭的畸變很小，能很大程度上減小透鏡成像畸變對(duì)測(cè)量精度的影響。遠(yuǎn)心鏡頭的視野很小，并且價(jià)格十分昂貴。一般只能對(duì)直徑小于100mm的齒輪進(jìn)行測(cè)量。比如該技術(shù)方法中使用的遠(yuǎn)心鏡頭視野為56mm*48mm，超過(guò)該尺寸的齒輪便無(wú)法測(cè)量。

現(xiàn)有技術(shù)3中該視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)采用遠(yuǎn)心鏡頭，遠(yuǎn)心鏡頭的畸變很小，能很大程度上減小透鏡成像畸變對(duì)測(cè)量精度的影響。但是由于遠(yuǎn)心鏡頭的視野很小，導(dǎo)致單次圖像采集無(wú)法采集到齒輪的全局圖像，利用二維基座的位置反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪類似于掃描儀似的圖像采集，對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)一行一行的掃描成像。最后再處理分析得到的齒輪全局圖像。

(1)該技術(shù)方法適用于尺寸較小的齒輪。掃描得到的全局圖像數(shù)據(jù)量太大，對(duì)這么大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行圖像處理和分析測(cè)量，計(jì)算量太大，效率低。

(2)對(duì)齒輪進(jìn)行逐行掃描來(lái)得到齒輪的全局圖像，效率太低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量裝置及測(cè)量方法，能有效對(duì)尺寸范圍為50mm-500mm內(nèi)的齒輪實(shí)現(xiàn)高精度的非接觸式測(cè)量，提高齒輪視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量分辨率，減少透鏡畸變對(duì)齒輪視覺(jué)測(cè)量的影響，達(dá)到提高測(cè)量精度、降低成本的效果。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量裝置，包括基座和三維移動(dòng)平臺(tái)，所述三維移動(dòng)平臺(tái)包括相互垂直的x軸導(dǎo)軌、y軸導(dǎo)軌和z軸導(dǎo)軌，所述y軸導(dǎo)軌與所述基座水平固定，所述y軸導(dǎo)軌上設(shè)有沿所述y軸導(dǎo)軌滑動(dòng)的第一支撐架，所述x軸導(dǎo)軌設(shè)置在所述第一支撐架上，所述z軸導(dǎo)軌設(shè)置在所述x軸導(dǎo)軌上并沿所述x軸導(dǎo)軌滑動(dòng)，所述x軸導(dǎo)軌、y軸導(dǎo)軌和z軸導(dǎo)軌上均設(shè)置有位移傳感器，所述z軸導(dǎo)軌上設(shè)置有沿所述z軸導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑架，所述滑架上設(shè)有視覺(jué)系統(tǒng)；

所述視覺(jué)系統(tǒng)包括相連接的工業(yè)相機(jī)和鏡頭，所述工業(yè)相機(jī)連接上位機(jī)，所述上位機(jī)實(shí)時(shí)控制鏡頭調(diào)焦和工業(yè)相機(jī)采集圖像，以及對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，所述工業(yè)相機(jī)的光軸和所述基座垂直；

所述三維移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)控制器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使所述視覺(jué)系統(tǒng)沿x軸導(dǎo)軌或y軸導(dǎo)軌或z軸導(dǎo)軌移動(dòng)；每個(gè)所述位移傳感器均連接所述控制器，用于計(jì)算三維移動(dòng)平臺(tái)的定位信息；所述控制器連接上位機(jī)，所述上位機(jī)通過(guò)給所述控制器發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對(duì)所述三維平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制和獲取定位信息。

本發(fā)明的有益效果是：相機(jī)固定在三維移動(dòng)平臺(tái)上，隨著三軸的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)齒輪不同局部圖像的采集，同時(shí)上位機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭的焦距能夠?qū)崟r(shí)對(duì)齒輪局部放大成像，提高測(cè)量系統(tǒng)的分辨率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，在所述基座上設(shè)置有高亮led燈背景光源。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：凸顯被測(cè)齒輪的輪廓以及減少外界環(huán)境的干擾。

進(jìn)一步，在遠(yuǎn)離所述y軸導(dǎo)軌的基座的一端與所述x軸導(dǎo)軌之間設(shè)置有隨所述第一支撐架移動(dòng)的第二支撐架,所述第二支撐架與所述x軸導(dǎo)軌固定連接，所述第二支撐架與所述基座滑動(dòng)連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：支撐三維移動(dòng)平臺(tái)的x軸導(dǎo)軌和z軸導(dǎo)軌。

進(jìn)一步，所述工業(yè)相機(jī)采用的是工業(yè)ccd相機(jī)，所述工業(yè)ccd相機(jī)的分辨率是2448×2050。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采集圖像更清晰。

進(jìn)一步，所述鏡頭通過(guò)軟件方法調(diào)節(jié)焦距。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)調(diào)節(jié)焦距能夠?qū)X輪放大或者縮小拍照，對(duì)齒輪拍攝全局和局部圖像。

另外，本發(fā)明還提供了一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量方法，該測(cè)量方法基于上述齒輪測(cè)量裝置，將工業(yè)相機(jī)固定在三維移動(dòng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)齒輪不同局部圖像的采集，上位機(jī)對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理以及調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭的焦距實(shí)時(shí)對(duì)齒輪局部放大成像，所述齒輪測(cè)量方法包括全局粗略測(cè)量和局部精確測(cè)量，具體包括以下步驟：

(1)標(biāo)定工業(yè)相機(jī)各焦距對(duì)應(yīng)的透鏡畸變參數(shù)并存儲(chǔ)；以及對(duì)各焦距進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，得到像素當(dāng)量表；

(2)使用工業(yè)相機(jī)采集齒輪的全局圖像；讀取當(dāng)前焦距對(duì)應(yīng)的透鏡畸變參數(shù)，并根據(jù)所述透鏡畸變參數(shù)對(duì)所述全局圖像進(jìn)行圖像變形矯正；

(3)上位機(jī)提取所述全局圖像的齒輪輪廓，以一最小圓包圍齒輪輪廓，該圓為齒頂圓，得到齒頂圓直徑da及齒輪中心；計(jì)算齒輪輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的最短距離，該最短距離的兩倍為齒根圓直徑df；

(4)上位機(jī)根據(jù)所述齒頂圓直徑和齒根圓直徑和的一半dm＝(da+df)/2，作一分割圓把各齒分為齒頂部分和齒根部分，分割出的齒頂輪廓數(shù)為齒數(shù)z，模數(shù)m＝(da-df)/4.5,分度圓直徑d＝m×z；

(5)上位機(jī)將所述分割圓和各齒的兩個(gè)交點(diǎn)連線的中點(diǎn)，確定為齒輪各齒的中心；

(6)控制器通過(guò)三維移動(dòng)平臺(tái)將工業(yè)相機(jī)移動(dòng)到步驟(3)所確定的齒輪中心，采集齒輪內(nèi)孔圖像，提取內(nèi)孔輪廓，采用最小二乘法對(duì)所述內(nèi)孔輪廓進(jìn)行圓擬合，得到精確的內(nèi)孔直徑和齒輪中心；

(7)根據(jù)步驟(5)所確定的齒輪各齒的中心，工業(yè)相機(jī)采集齒輪局部放大圖像；

(8)上位機(jī)根據(jù)采集的局部放大圖像，提取齒輪輪廓，根據(jù)像素當(dāng)量表將每張局部放大圖像中輪廓的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成基座坐標(biāo)；計(jì)算齒輪輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的距離，根據(jù)距離分割出每張局部放大圖像中的各齒的輪廓，去掉重復(fù)的齒，得到各齒的輪廓；

(9)上位機(jī)根據(jù)提取的局部放大圖像中各齒的輪廓和齒輪中心，精確測(cè)量齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒距偏差以及齒廓偏差。

上述方法的有益效果為：

(1)相比于只是對(duì)齒輪進(jìn)行全局拍攝，本發(fā)明技術(shù)對(duì)齒輪局部進(jìn)行放大拍攝能提高視覺(jué)測(cè)量的分辨率；

(2)由于相機(jī)的鏡頭存在成像畸變，即使經(jīng)過(guò)相機(jī)標(biāo)定和圖像矯正，圖像的變形仍然無(wú)法完全消除，嚴(yán)重影響測(cè)量的精度，對(duì)齒輪的局部進(jìn)行放大拍照，再利用三維移動(dòng)平臺(tái)的定位信息將局部圖像中的齒輪輪廓轉(zhuǎn)換成平臺(tái)坐標(biāo)，這樣可以減少相機(jī)透鏡畸變對(duì)測(cè)量的影響；

(3)先拍攝齒輪的全局圖像，再根據(jù)計(jì)算出的各齒的中心進(jìn)行齒輪局部圖像采集，而不是盲目的拍攝齒輪局部圖像；只是提取每幅局部圖像中需要的輪廓，根據(jù)平臺(tái)的定位信息將這些局部輪廓數(shù)據(jù)綜合起來(lái)分析，而不是將所有的局部圖像通過(guò)圖像拼接方法拼接成一幅完整的圖像后再進(jìn)行圖像分析處理，這將極大的減少計(jì)算量。

(4)將齒輪放到測(cè)量平臺(tái)上后，測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)完成齒輪所有參數(shù)的精確測(cè)量，不需要人工干預(yù)。

因此，該方法能大大提高齒輪參數(shù)的測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的矯正后的齒輪圖像；

圖3為本發(fā)明的齒頂圓；

圖4為本發(fā)明的齒根圓；

圖5為本發(fā)明的分割圓；

圖6為本發(fā)明的分割的齒頂部分；

圖7為本發(fā)明的確定的各齒中心；

圖8為本發(fā)明的精確定位齒輪中心內(nèi)孔圖像；

圖9為本發(fā)明的精確定位齒輪中心內(nèi)孔圖像的最小二乘法擬合圓；

圖10為本發(fā)明采集的齒輪局部圖像；

圖11為本發(fā)明提取的齒輪廓。

附圖中，各標(biāo)號(hào)代表的部件如下：

1-y軸導(dǎo)軌；2-第一支撐架；3-x軸導(dǎo)軌；4-z軸導(dǎo)軌；5-基座；6-led燈背景光源；7-第二支撐架7；8-滑架；9-視覺(jué)系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，為了解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量齒輪精度不高、成本高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量裝置，包括基座5，三維移動(dòng)平臺(tái)，三維移動(dòng)平臺(tái)包括相互垂直的x軸導(dǎo)軌3、y軸導(dǎo)軌1和z軸導(dǎo)軌4，y軸導(dǎo)軌1與基座5水平固定，y軸導(dǎo)軌1上設(shè)有沿y軸導(dǎo)軌1滑動(dòng)的第一支撐架2，x軸導(dǎo)軌3設(shè)置在第一支撐架2上，z軸導(dǎo)軌4設(shè)置在x軸導(dǎo)軌3上并沿x軸導(dǎo)軌3滑動(dòng)，x軸導(dǎo)軌3、y軸導(dǎo)軌1和z軸導(dǎo)軌4上均設(shè)置有位移傳感器，z軸導(dǎo)軌4上設(shè)置有沿z軸導(dǎo)軌4滑動(dòng)的滑架8，滑架8上設(shè)有視覺(jué)系統(tǒng)9；視覺(jué)系統(tǒng)9包括相連接的工業(yè)相機(jī)和鏡頭，工業(yè)相機(jī)連接上位機(jī)，上位機(jī)實(shí)時(shí)控制鏡頭的調(diào)焦和工業(yè)相機(jī)采集圖像，以及對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，工業(yè)相機(jī)光軸和所述基座5垂直，三維移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)控制器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使所述視覺(jué)系統(tǒng)9沿x軸導(dǎo)軌3或y軸導(dǎo)軌1或z軸導(dǎo)軌4移動(dòng)；每個(gè)位移傳感器均連接控制器，用于計(jì)算三維移動(dòng)平臺(tái)的定位信息；控制器連接上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)給所述控制器發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對(duì)所述三維平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制和獲取定位信息。

為了凸顯被檢齒輪的輪廓及減少外界環(huán)境干擾，在基座5上設(shè)置有高亮led燈背景光源6，被檢齒輪測(cè)量時(shí)置于背景光源上。

在遠(yuǎn)離所述y軸導(dǎo)軌1的基座5的一端與所述x軸導(dǎo)軌3之間設(shè)置有隨第一支撐架2移動(dòng)的第二支撐架7,第二支撐架7與x軸導(dǎo)軌3固定連接，第二支撐架7與基座5滑動(dòng)連接，這里的滑動(dòng)連接可在第二支撐架7和基座5接觸的端采用滾珠滑動(dòng)，以便支撐三維移動(dòng)平臺(tái)的x軸導(dǎo)軌3和z軸導(dǎo)軌4。

工業(yè)相機(jī)采用的是工業(yè)ccd相機(jī)，所述工業(yè)ccd相機(jī)的分辨率是2448×2050。采用可軟件設(shè)置焦距的相機(jī)鏡頭，實(shí)現(xiàn)齒輪測(cè)量過(guò)程中的對(duì)齒輪以及齒輪局部的放大和縮小。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，工業(yè)相機(jī)安裝固定在三維移動(dòng)平臺(tái)上，隨著三維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)而移動(dòng)。上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，通過(guò)總線和控制器通信，實(shí)時(shí)控制三維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)；通過(guò)圖像采集總線和工業(yè)相機(jī)相連實(shí)時(shí)控制相機(jī)拍照。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪不同局部的實(shí)時(shí)拍照。

上位機(jī)上的齒輪測(cè)量軟件自動(dòng)控制三維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)和圖像采集，根據(jù)采集的齒輪全局和局部圖像，自動(dòng)測(cè)量齒輪的內(nèi)孔直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒數(shù)、模數(shù)、分度圓直徑，齒距偏差和齒廓偏差。

另外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基于上述齒輪測(cè)量裝置還提供了一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量方法，齒輪測(cè)量方法包括全局粗略測(cè)量和局部精確測(cè)量，具體包括以下步驟：

(1)相機(jī)安裝垂直矯正：在齒輪測(cè)量時(shí)需要保證相機(jī)和齒輪上表面垂直，所以在相機(jī)安裝固定時(shí)要保證相機(jī)的光軸和三維移動(dòng)平臺(tái)的xy平面垂直。方法是用一矯正板來(lái)矯正使相機(jī)垂直安裝。矯正板上有一正方形，提取正方形的四個(gè)角點(diǎn)，并精確到亞像素。計(jì)算正方形四條邊的圖像長(zhǎng)度，在相機(jī)安裝時(shí)盡量使正方形對(duì)邊的圖像長(zhǎng)度相等，這樣能盡量保證相機(jī)光軸和xy平面垂直；

(2)相機(jī)透鏡畸變參數(shù)標(biāo)定：由于在齒輪的測(cè)量過(guò)程中會(huì)通過(guò)軟件調(diào)節(jié)相機(jī)的焦距，而相機(jī)焦距的改變，需要重新標(biāo)定相機(jī)的畸變參數(shù)。所以應(yīng)該為相機(jī)可能會(huì)用到的每個(gè)焦距對(duì)應(yīng)的相機(jī)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并存儲(chǔ)；

(3)系統(tǒng)標(biāo)定:在將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成基座5坐標(biāo)時(shí)，需要用到像素當(dāng)量，利用像素當(dāng)量可以將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成基座5坐標(biāo)，相機(jī)每個(gè)焦距對(duì)應(yīng)的像素當(dāng)量不同，所以需要對(duì)可能用到的每個(gè)焦距進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，具體使用時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的焦距，查詢像素當(dāng)量表即可得到當(dāng)前應(yīng)該使用的像素當(dāng)量；

(4)系統(tǒng)根據(jù)齒輪的尺寸大小自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的焦距和z軸高度，讓齒輪在相機(jī)中完整清晰成像，并且充滿整個(gè)視野。調(diào)節(jié)相機(jī)焦距能對(duì)齒輪進(jìn)行放大縮小成像，調(diào)節(jié)z軸高度的作用相當(dāng)于調(diào)節(jié)相機(jī)的物距，能使齒輪在相機(jī)中清晰成像；

(5)采集齒輪的全局圖像，根據(jù)當(dāng)前的焦距，查表取出標(biāo)定好的畸變參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行圖像變形矯正；

(6)提取齒輪的輪廓，用一個(gè)大的圓來(lái)包圍齒輪的輪廓，當(dāng)這個(gè)圓最小時(shí)確定的圓即為粗略計(jì)算的齒頂圓，圓心即為齒輪中心；計(jì)算輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的距離，計(jì)算出的最短距離的兩倍為齒根圓直徑；

(7)根據(jù)齒頂圓直徑和齒根圓直徑和的一半dm＝(da+df)/2，作一分割圓把各齒分為齒頂部分和齒根部分，分割出的齒頂輪廓數(shù)即為齒數(shù)z，模數(shù)m＝(da-df)/4.5分度圓直徑d＝m×z；

(8)將分割圓和各齒的兩個(gè)交點(diǎn)連線的中點(diǎn)，確定為齒輪各齒的中心；

(9)將相機(jī)移動(dòng)到前面確定的齒輪中心，對(duì)齒輪內(nèi)孔進(jìn)行對(duì)中放大拍照，提取內(nèi)孔的輪廓，用最小二乘法對(duì)內(nèi)孔輪廓進(jìn)行圓擬合，得到精確的內(nèi)孔直徑和齒輪中心；

(10)根據(jù)前面確定的齒輪各齒的中心對(duì)齒輪的局部進(jìn)行放大拍照，根據(jù)精度需要，設(shè)置相機(jī)的焦距，由于焦距不同，局部圖像中的齒數(shù)也會(huì)不同。有必要時(shí)可以對(duì)各齒進(jìn)行對(duì)中放大拍照；

(11)提取拍攝的局部圖像中齒輪的輪廓，根據(jù)拍攝每張局部圖像時(shí)相機(jī)在三維移動(dòng)平臺(tái)中的坐標(biāo)，將輪廓的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成基座5坐標(biāo)，計(jì)算輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的距離，根據(jù)距離分割出每張局部圖像中的各齒的輪廓，去掉存在的重復(fù)的齒，最終得到z個(gè)齒的輪廓，z為齒數(shù)；

(12)根據(jù)分割出的各齒的輪廓，精確測(cè)量齒輪的齒頂圓直徑、齒根圓直徑、單個(gè)齒距偏差、齒距累積偏差、齒距累積總偏差以及齒廓偏差。

本發(fā)明技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果：

(1)相比于只是對(duì)齒輪進(jìn)行全局拍攝，本發(fā)明技術(shù)對(duì)齒輪局部進(jìn)行放大拍攝能提高視覺(jué)測(cè)量的分辨率；

(2)由于相機(jī)的鏡頭存在成像畸變，即使經(jīng)過(guò)相機(jī)標(biāo)定和圖像矯正，圖像的變形仍然無(wú)法完全消除，嚴(yán)重影響測(cè)量的精度，對(duì)齒輪的局部進(jìn)行放大拍照，再利用三維移動(dòng)平臺(tái)的定位信息將局部圖像中的齒輪輪廓轉(zhuǎn)換成基座5坐標(biāo)可以減少相機(jī)透鏡畸變對(duì)測(cè)量的影響；

(3)先拍攝齒輪的全局圖像，再根據(jù)計(jì)算出的各齒的中心進(jìn)行齒輪局部圖像采集，而不是盲目的拍攝齒輪局部圖像；只是提取每幅局部圖像中需要的輪廓，根據(jù)基座5的定位信息將這些局部輪廓數(shù)據(jù)綜合起來(lái)分析，而不是將所有的局部圖像通過(guò)圖像拼接方法拼接成一幅完整的圖像后再進(jìn)行圖像分析處理，這將極大的減少計(jì)算量。

(4)將齒輪放到測(cè)量基座5上后，測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)完成齒輪所有參數(shù)的精確測(cè)量，不需要人工干預(yù)。

綜上所述，該發(fā)明技術(shù)能大大提高齒輪參數(shù)的測(cè)量精度。

實(shí)施例1

一種基于主動(dòng)視覺(jué)的齒輪測(cè)量方法，該測(cè)量方法基于本發(fā)明具體實(shí)施方式的齒輪測(cè)量裝置，將工業(yè)相機(jī)固定在三維移動(dòng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)齒輪不同局部圖像的采集，上位機(jī)對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理以及調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭的焦距實(shí)時(shí)對(duì)齒輪局部放大成像，所述齒輪測(cè)量方法包括全局粗略測(cè)量和局部精確測(cè)量，具體包括以下步驟：

(1)標(biāo)定工業(yè)相機(jī)各焦距對(duì)應(yīng)的透鏡畸變參數(shù)并存儲(chǔ)；以及對(duì)每個(gè)焦距進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，得到像素當(dāng)量表；

根據(jù)被測(cè)齒輪的尺寸選擇合適的焦距使相機(jī)能拍攝齒輪的全局圖像，調(diào)整相機(jī)和齒輪的距離(物距)使被檢齒輪清晰成像；

(2)使用工業(yè)相機(jī)采集被檢齒輪的全局圖像。選取當(dāng)前焦距對(duì)應(yīng)的透鏡畸變參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行圖像變形矯正，如圖2所示為變形矯正過(guò)后的齒輪圖像；

(3)粗略測(cè)量齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df。提取采集的圖像中的齒輪輪廓，如圖3中的黑色輪廓為提取到的齒輪輪廓。作一圓包圍齒輪的輪廓，當(dāng)這個(gè)圓最小時(shí)，該圓為齒頂圓，得到齒頂圓直徑da及齒輪中心；計(jì)算輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的最短距離，最短距離的兩倍為齒根圓直徑df；圖3中的圓為計(jì)算得到的齒頂圓，圖4中的圓為計(jì)算得到的齒根圓；

(4)作一分割圓，直徑記為dm，分割圓的直徑為前面確定的齒頂圓直徑和齒根圓直徑和的一半，分度圓直徑dm＝(da+df)/2，如圖5中的和輪廓相交的圓為分割圓。分割圓把各齒分為兩部分，分別是齒頂部分和齒根部分，分割出的齒頂輪廓數(shù)即為齒數(shù)z，如圖6所示為分割出的齒頂輪廓,模數(shù)m＝(da-df)/4.5，分度圓直徑d＝m×z；

(5)確定被檢齒輪各齒的中心。分割圓和各齒有兩個(gè)交點(diǎn)，令兩個(gè)交點(diǎn)連線的中點(diǎn)為各齒的中心,如圖7中的黑點(diǎn)為確定的各齒中心；

(6)將工業(yè)相機(jī)移動(dòng)到步驟(3)所確定的齒輪中心，對(duì)齒輪內(nèi)孔放大對(duì)中拍照，如圖8所示為采集的齒輪內(nèi)孔圖像。提取內(nèi)孔的輪廓，采用最小二乘法對(duì)內(nèi)孔輪廓進(jìn)行圓擬合，得到精確的內(nèi)孔直徑和齒輪中心，如圖9所示為擬合的圓和圓心；

(7)根據(jù)步驟(5)所確定的被檢齒輪各齒的中心，對(duì)齒輪局部進(jìn)行放大拍照，采集被檢齒輪局部放大圖像，如圖10所示為采集的局部放大圖像。

(8)提取采集的局部圖像中的齒輪輪廓，圖11中的黑色輪廓為提取出的齒輪輪廓，根據(jù)像素當(dāng)量表將每張局部圖像中輪廓的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)坐標(biāo)；計(jì)算被檢齒輪輪廓上的點(diǎn)到齒輪中心的距離，根據(jù)距離分割出每張局部圖像中的各齒的輪廓，去掉重復(fù)的齒，得到各齒的輪廓；每幅局部圖像中的兩個(gè)黑色圓點(diǎn)之間的輪廓即為分割出的各齒的輪廓。

(9)根據(jù)提取的局部圖像中的齒的輪廓和齒輪中心，精確測(cè)量齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒距偏差以及齒廓偏差。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。