基于多线结构光的齿轮测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多线结构光的齿轮测量系统及方法，测量系统包括用于安装被测齿轮的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件；所述被测齿轮通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮的表面发射激光束的激光器以及用于获取被测齿轮的表面的光条图像的图像采集器；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮旋转，图像采集器连续测量得到该被测齿轮的三维轮廓。

【技术实现步骤摘要】
基于多线结构光的齿轮测量系统及方法
本专利技术涉及一种基于多线结构光的齿轮测量系统及方法。
技术介绍
齿轮是机械工业中一种重要的传动零件，尤其是直齿圆柱齿轮应用十分广泛，随着对齿轮质量的要求越来越高，对齿轮的测量也提出了更加严格的要求，测量精度的发展水平影响着制造水平的提高。因此，研究更加先进的齿轮测量技术对于齿轮制造水平的提高有着至关重要的作用。结构光视觉技术以光学和电学中的物理现象为基础，获取并处理被测物体表面与结构光相接处的图像来重构被测物体的三维几何信息，可主要用于复杂曲面或自由曲面的三维测量。将结构光视觉技术应用于机械工业中的零件尺寸测量，具有非接触、速度快、自动化程度高等优点，因此结构光视觉技术在机械工业领域中的应用越来越受到人们的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于多线结构光的齿轮测量系统，适用于各种标准齿轮测量，以获取被测齿轮的综合信息。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于多线结构光的齿轮测量系统，包括用于安装被测齿轮的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件；所述被测齿轮通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮的表面发射激光束的激光器以及用于获取被测齿轮的表面的光条图像的图像采集器；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮旋转，图像采集器连续测量得到该被测齿轮的三维轮廓；所述调节装置包括用于调节结构光视觉传感器的高度的纵向调节单元、安装在所述纵向调节单元上用于调节结构光视觉传感器与被测齿轮之间的距离的横向调节单元以及安装所述横向调节单元上用于调节激光器与图像采集器之间角度的角度调节单元。进一步地，若干所述检测组件绕着所述检测平台的周向均匀布置，且每组检测组件与被测齿轮之间的距离相等。进一步地，每组检测组件中的激光器与图像采集器之间所成夹角满足各个图像采集器同时获得被测齿轮齿面反射的结构光，每组检测组件得到图像的为相交于被测齿轮轴线的投影截面。进一步地，所述齿轮固定座为内三角卡盘。进一步地，所述可旋转检测平台、检测组件安装在底座上，所述底座上设有用于将所述检测平台、检测组件和被测齿轮罩在底座上的光隔离罩。此外，该申请还提供了一种基于多线结构光的齿轮测量方法，该方法利用上述的测量系统进行齿轮测量，该方法具体包括：S1：利用激光器向被测齿轮的表面发射激光束，同时使图像采集器连续采集被测齿轮表面激光束与轴向齿廓表面平行相交形成的光条图像；S2：对图像采集器采集到的所述光条图像进行处理得到被测齿轮的有效光条中心图像；S3：对图像采集器进行标定，获取有效光条中心图像上三维坐标；S4：利用可旋转检测平台带动被测齿轮连续旋转，持续步骤S1-S3，得到多幅光条图像提取出来的点云数据，实现被测齿轮的三维测量。进一步地，当采用多组结构光视觉传感器进行齿轮测量时，多组结构光视觉传感器的光平面共线，并通过设计靶标来对多组结构光视觉传感器标定。进一步地，该方法采用四组结构光视觉传感器进行齿轮测量，所述靶标为一个类正方形，靶标正面和侧面均是刚性平面，靶标正面均匀分布n×n的圆阵列，然后以靶标角上的圆心为原点，建立唯一世界坐标系Or-XrYrZr，其中，Xr轴和Yr轴分别与阵列圆心平行，Zr轴垂直靶标平面向上。进一步地，所述步骤S3具体包括：S31：令被测齿轮表面的第n个特征点的空间三维坐标为Pmn(Xmn,Ymn,Zmn)，其对应的像平面坐标为Pon(un,vn)(n＝1,2,……t)，t为在光条上均匀获得的特征点个数；由此可得空间三维坐标Pmn(Xmn,Ymn,Zmn)与像平面坐标为Pon(un,vn)的关系式为：其中，T表示一比例常数，Q为3x4的投影矩阵，qij为投影矩阵Q的第i行第j列的元素；S32：根据至少6个世界坐标Pmn(Xmn,Ymn,Zmn)及其对应的像平面坐标Pon(un,vn)计算投影矩阵Q，确定光平面与图像采集器的位置关系；S33：再由二维像坐标为Pon(un,vn)和计算出投影矩阵Q的重构三维物点(Xmn,Ymn,Zmn)，最终实现被测齿轮的三维测量。本专利技术的有益效果为：1、装载工作台可搭载各种被测齿轮，通用性好；2、结构光传感器位姿可调，适应性强；3、采用多组结构光视觉传感器进行齿轮测量，提高了测量效率，且可实现多角度同时进行误差修正。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一个实施例的轴侧图；图2为本专利技术一个实施例的正视图；图3为本专利技术一个实施例的俯视图；图4为本专利技术一个实施例的激光三角原理示意图。其中：1、底座；2、旋转工作台；3、内三角卡盘；4、支承立柱；5、支承横杆；6、传感器支承；7、图像采集器；8、激光器；9、光隔离罩；A、被测齿轮。具体实施方式如图1至图3所示的基于多线结构光的齿轮测量系统，该齿轮测量系统包括用于安装被测齿轮A的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件，所述可旋转检测平台、检测组件安装在底座1上。所述被测齿轮A通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；所述齿轮固定座为内三角卡盘3，通过内三角卡盘3固定被测齿轮A，减小对被测齿轮A的齿面损伤。若干所述检测组件绕着所述检测平台的周向均匀布置，且每组检测组件与被测齿轮A之间的距离相等。安装齿轮时，将被测齿轮A安装在旋转工作台2上，用工作台上的内三角卡盘3钳住被测齿轮A的内孔，以限制被测齿轮A的六个自由度，实现与旋转工作台2的同步转动。在伺服电机驱动可旋转检测平台旋转带动被测齿轮A同步转动的过程中，多个检测组件同时获取被测齿轮A反射的结构光。下面分别对各个组件进行详细描述：若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮A的表面发射激光束的激光器8以及用于获取被测齿轮A的表面的光条图像的图像采集器7；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮A旋转，图像采集器7连续测量得到该被测齿轮A的三维轮廓；其中，图像采集器7可采用CCD工业相机。所述调节装置包括用于调节结构光视觉传感器的高度的纵向调节单元、安装在所述纵向调节单元上用于调节结构光视觉传感器与被测齿轮A之间的距离的横向调节单元以及安装所述横向调节单元上用于调节激光器8与图像采集器7之间角度的角度调节单元。所述纵向调节单元包括固定在底座1上的支承立柱4，所述横向调节单元包括横向安装在支承立柱4上的支承横杆5，所述支承横杆5为可伸缩杆，所述支承横杆5为可沿所述支承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，包括用于安装被测齿轮的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件；/n所述被测齿轮通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；/n若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮的表面发射激光束的激光器以及用于获取被测齿轮的表面的光条图像的图像采集器；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮旋转，图像采集器连续测量得到该被测齿轮的三维轮廓；/n所述调节装置包括用于调节结构光视觉传感器的高度的纵向调节单元、安装在所述纵向调节单元上用于调节结构光视觉传感器与被测齿轮之间的距离的横向调节单元以及安装所述横向调节单元上用于调节激光器与图像采集器之间角度的角度调节单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，包括用于安装被测齿轮的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件；
所述被测齿轮通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；
若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮的表面发射激光束的激光器以及用于获取被测齿轮的表面的光条图像的图像采集器；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮旋转，图像采集器连续测量得到该被测齿轮的三维轮廓；
所述调节装置包括用于调节结构光视觉传感器的高度的纵向调节单元、安装在所述纵向调节单元上用于调节结构光视觉传感器与被测齿轮之间的距离的横向调节单元以及安装所述横向调节单元上用于调节激光器与图像采集器之间角度的角度调节单元。


2.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，若干所述检测组件绕着所述检测平台的周向均匀布置，且每组检测组件与被测齿轮之间的距离相等。


3.根据权利要求1或2所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，每组检测组件中的激光器与图像采集器之间所成夹角满足各个图像采集器同时获得被测齿轮齿面反射的结构光，每组检测组件得到图像的为相交于被测齿轮轴线的投影截面。


4.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，所述齿轮固定座为内三角卡盘。


5.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，所述可旋转检测平台、检测组件安装在底座上，所述底座上设有用于将所述检测平台、检测组件和被测齿轮罩在底座上的光隔离罩。


6.一种基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-3任一所述的测量系统进行齿轮测量，该方法具体包括：
S1：利用激光器向被测齿轮的表面发射激光束，同时使图像采集器连续采集被测齿轮表面激光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天洪，王成琳，孙伟，廖尉捷，范磊，陈婕，李忠涛，杨清，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50