CN103267483B - 梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置与方法。待检测梯形牙嵌式离合器放在水平旋转台上；步进电机通过联轴器与精密定位平台的滚珠丝杆相连；步进电机与电机驱动器相连；编码器和电机驱动器与PLC相连；红色线阵激光光源安装在固定支架上；相机垂直向下拍摄，相机镜头前端装有红色滤光片；相机通过图像采集卡与计算机相连；PLC与计算机相连。本发明采用线阵激光光源作为光源，对照射在梯形牙嵌式离合器齿部上形成的图像，运用机器视觉的方法对图像进行处理，得到梯形牙嵌式离合器齿部尺寸，解决梯形牙嵌式离合器生产过程中的检测周期慢，精度低的问题。

Description

梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置与方法

技术领域

本发明涉及机器视觉在线检测装置与方法，具体涉及一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置与方法。

背景技术

牙嵌式离合器可根据需要方便的使两轴接合或分离，以满足机器变速、换向、空载起动、过载保护等方面的要求，同时具有分离迅速；工作可靠，操纵灵活、省力、调节和维护方便等优点。目前，梯形牙嵌式离合器齿部尺寸检测大多数是采用万能工具显微镜或者大型工具显微镜来进行的，这种检测方法存在很多问题：（1）费工费时；（2）成本高；（3）只能用于抽检，不能实时的在线检测；（4）检测时不可避免的存在人为和理论的误差。所以，测量梯形牙嵌式离合器齿部尺寸成为牙嵌式离合器生产厂家的技术难点之一。

机器视觉方法是一种新型的检测方法，已被广泛应用于尺寸测量、角度测量、缺陷检测等领域，具有速度快精度高等优点。

激光光源是一种非接触高精度测量的光源，具有电-光转换效率高、使用寿命长、体积小和重量轻等优点，外界的环境对其影响很小。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置与方法，有效的解决梯形牙嵌式离合器齿部尺寸检测中设备成本高，检测速度慢，自动化程度低等问题。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测装置：

包括精密定位平台、载物台、第一个电机驱动器、PLC、步进电机、编码器、计算机、液晶显示屏、红色线阵激光光源、图像采集卡、CCD相机、红色滤光片、水平旋转台、红色线阵激光光源电源适配器、支架和第二个电机驱动器；步进电机与精密定位平台的丝杆连接，步进电机与第一个电机驱动器相连，编码器与步进电机相连；在精密定位平台的载物台上装有水平旋转台；水平旋转台上放齿部朝上的梯形牙嵌式离合器；支架上安装有红色线阵激光光源；红色线阵激光光源与红色线阵激光光源电源适配器相连；红色滤光片安装在相机镜头前；红色线阵激光光源发出的激光线照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部上端面并且激光线与水平面平行，在待检测梯形牙嵌式离合器齿部上所成的图像位于CCD相机的拍摄视野内，CCD相机与图像采集卡相连，图像采集卡与计算机相连；第一个电机驱动器分别与编码器和PLC相连；第二个电机驱动器分别与水平旋转台和PLC相连；液晶显示屏和计算机相连；PLC和计算机相连。

二、一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测方法，该方法的步骤如下：

1）CCD相机垂直向下照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部，调整红色线阵激光光源使其照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部两齿之间，并且在CCD相机的拍摄视野内，测得红色线阵激光光源照射角度与CCD相机之间的夹角β，欲求的梯形牙嵌式离合器齿部角度为α，齿顶宽为S₁，齿根宽为S₂，齿根高为S₃，并设定图像的角度阈值为T₁，齿顶宽阈值为T₂，齿根宽阈值T₃，齿根高阈值T₄，标准的梯形牙嵌式离合器齿部角度为Φ，标准的齿顶宽大小为R₁，标准的齿根宽大小为R₂，标准的齿根高大小为R₃；

2）对CCD相机进行标定；

3）水平旋转台开始匀速旋转，读取在线采集到的图像，将图像中红色线阵激光光源经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿之间所形成的折线区域选定为ROI区域，将ROI区域中的图像作为源图像Q₁；

4）以红色线阵激光光源发出的激光线经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿之间所形成的折线交点依次为A、B两点，经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿齿顶的交点依次为C、H两点，红色线阵激光光源照射角度与CCD相机之间的夹角β，通过图像处理得到梯形牙嵌式离合器齿部角度α，并于标准的梯形牙嵌式离合器齿部角度Φ比较，若计算所得阈值小于阈值T₁，则进入步骤5）；若计算所得阈值大于阈值T₁，则进入步骤9）；

5）计算齿根宽S₂和齿根高S₃，并与标准的齿根宽大小R₂和标准的齿根高大小R₃比较，若计算所得阈值小于阈值T₂，则进入步骤6）；若计算所得阈值大于阈值T₂，则进入步骤9）；

6）水平旋转台(13)匀速旋转至红色线阵激光光源发出的激光线照射在梯形牙嵌式离合器齿部齿上，将ROI区域更改为图像中红色线阵激光光源(9)经过梯形牙嵌式离合器齿部齿上所形成的直线区域，将ROI区域中的图像作为源图像Q₂，计算齿顶宽S₁，并与标准的齿顶宽大小R₁比较，若计算所得阈值小于阈值T₃，则进入步骤7）；若计算所得阈值大于阈值T₃，则进入步骤9）；

7）水平旋转台是否旋转一圈，若旋转一圈则进入步骤8），若未旋转一圈则进入步骤2）；

8）产品合格；

9）产品不合格，给出报警信号。

所述步骤4）的α的公式为：

$\mathrm{\α}=\arccos \frac{\left|\mathrm{FG}\right|}{\left|\mathrm{HG}\right|}$

其中，α为欲求的梯形牙嵌式离合器齿部角度，|HG|和|FG|分别为线段HG和线段FG的长度，|HG|和|FG|均可通过图像处理得到。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明将机器视觉技术应用到梯形牙嵌式离合器齿部尺寸检测中，运用半导体线阵激光光源在齿轮上形成的折线的角度来间接测量齿轮角度，运用图像处理技术测量齿顶宽，齿根宽，齿根高的尺寸。在CCD相机镜头前加上红色滤光片，排除外界因素的影响，测量更加稳定，通过计算梯形牙嵌式离合器齿部角度值和齿顶宽，齿根宽，齿根高的尺寸与标准值进行比较来判别产品的好坏，解决了费工费时，人为不能实时检测的问题。

附图说明

图1是本发明装置的结构原理示意图。

图2是本发明的梯形牙嵌式离合器齿部尺寸示意图。

图3是本发明方法的侧视图。

图4是梯形牙嵌式离合器齿部角度、齿根高、齿根宽的处理方法图。

图5是梯形牙嵌式离合器齿部齿顶高的处理方法图。

图6是本发明方法的检测流程图。

图中：1、包括精密定位平台，2、载物台，3、第一个电机驱动器，4、PLC，5步进电机，6、编码器，7、计算机，8、液晶显示屏，9、红色线阵激光光源，10、图像采集卡，11、CCD相机，12、红色滤光片，13、水平旋转台，14、红色线阵激光光源适配器，15、支架，16、第二个电机驱动器。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

参见图1所示，本发明包括精密定位平台1、载物台2、第一个电机驱动器3、PLC4、步进电机5、编码器6、计算机7、液晶显示屏8、红色线阵激光光源9、图像采集卡10、CCD相机11、红色滤光片12、水平旋转台13、红色线阵激光光源适配器14、支架15和第二个电机驱动器16；步进电机5与精密定位平台1的丝杆连接，步进电机5与第一个电机驱动器3相连，编码器6与步进电机5相连；在精密定位平台1的载物台2上装有水平旋转台13；水平旋转台13上放梯形牙嵌式离合器，齿部朝上；支架15上安装有红色线阵激光光源适配器14；红色滤光片12安装在CCD相机11镜头前；水平红色线阵激光光源9发出的激光线照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部上并且激光线与水平面平行，在待检测梯形牙嵌式离合器齿部上所成的图像位于CCD相机11的拍摄视野内，CCD相机11与图像采集卡10相连，图像采集卡10与计算机7相连；第一个电机驱动器3和编码器6与PLC4相连；第二个电机驱动器16与水平旋转台13和PLC4相连；PLC4控制水平旋转台13匀速转动，液晶显示屏8和计算机7相连；PLC4和计算机7相连。

参见图2所示，α为欲检测的梯形牙嵌式离合器齿部角度，S₁为待检测的齿顶宽，S₂为待检测的齿根宽，S₃为待检测的齿根高。

参见图3所示，调节CCD相机11垂直向下照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部，调整红色线阵激光光源9使其照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部的两齿中间，并且在CCD相机11的拍摄视野内，线段AH、AB、BC为红色线阵激光光源9发出的激光线照射在梯形牙嵌式离合器齿部所形成的图像，角度α欲检测的梯形牙嵌式离合器齿部角度，角度β为红色线阵激光光源照射角度与CCD相机之间的夹角，线段FG的长度为待检测的齿根高S₃，线段AB的长度为待检测的齿根宽S₂，利用图像细化和角度变换的处理方法判断梯形牙嵌式离合器齿部角度是否符合标准，若合格则继续下一参数的检测，若不合格则产生报警信号。

参见图4所示，CCD相机11通过采集线段AH、AB、BC的长度，又已知红色线阵激光光源照射角度与CCD相机之间的夹角β，通过图像形态学及图像细化处理方法得到欲检测的梯形牙嵌式离合器齿部角度α和齿根宽S₂。

参见图5所示，水平旋转台13在做匀速转动，在上述步骤之后，红色线阵激光光源9照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部齿上，运用图像形态学和图像细化处理技术判断齿顶宽S₁是否符合标准，若合格则继续下一参数的检测，若不合格则产生报警信号。

本发明的工作原理是：

参见图6所示，梯形牙嵌式离合器齿部角度检测的原理是运用红色线阵激光光源9使其照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部的两齿中间，并利用图像形态学和图像细化处理技术进行梯形牙嵌式离合器齿部角度的检测，当CCD相机11采集到红色线阵激光光源9发出的激光线在梯形牙嵌式离合器齿部两齿之间后，对所采集到的图像进行图像形态学和图像细化处理，通过红色线阵激光光源照射角度与CCD相机之间的夹角β求得梯形牙嵌式离合器齿部角度α、齿根宽和齿顶高，并于标准值比较，判别产品的好坏，若梯形牙嵌式离合器齿部角度α、齿根宽和齿顶高任意一项都不符合标准，则发出报警信号，若梯形牙嵌式离合器齿部角度α、齿根宽和齿顶高全部符合标准，进行下一参数的检测，水平旋转台13不停的做匀速转动，红色线阵激光光源9使其照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部的两齿中间之后会照射在梯形牙嵌式离合器齿部齿上，CCD相机11采集照射在梯形牙嵌式离合器齿部齿上的图像，运用图像形态学和图像细化得到待检测的参数齿顶宽S₁，若齿顶宽S₁不符合标准值，系统则发出报警信号，若齿顶宽S₁符合标准值，则进行下一个循环的检测，直到检测的水平旋转台匀速转动一圈。

以上所述实施方式适用于不同尺寸的梯形牙嵌式离合器齿部尺寸检测，提高了检测速度和精度。

Claims (2)

1.一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测方法，该装置包括精密定位平台(1)、载物台(2)、第一个电机驱动器(3)、PLC(4)、步进电机(5)、编码器(6)、计算机(7)、液晶显示屏(8)、红色线阵激光光源(9)、图像采集卡(10)、CCD相机(11)、红色滤光片(12)、水平旋转台(13)、红色线阵激光光源电源适配器(14)、支架(15)和第二个电机驱动器(16)；步进电机(5)与精密定位平台(1)的丝杆连接，步进电机(5)与第一个电机驱动器(3)相连，编码器(6)与步进电机(5)相连；在精密定位平台(1)的载物台(2)上装有水平旋转台(13)；水平旋转台(13)上放齿部朝上的梯形牙嵌式离合器；支架(15)上安装有红色线阵激光光源(9)；红色线阵激光光源(9)与红色线阵激光光源电源适配器(14)相连；红色滤光片(12)安装在CCD相机(11)镜头前；红色线阵激光光源(9)发出的激光线照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部上端面，在上端面上形成一道光带条纹，在待检测梯形牙嵌式离合器齿部上所成的图像位于CCD相机(11)的拍摄视野内，CCD相机(11)与图像采集卡(10)相连，图像采集卡(10)与计算机(7)相连；第一个电机驱动器(3)分别与编码器(6)和PLC(4)相连；第二个电机驱动器(16)分别与水平旋转台(13)和PLC(4)相连；液晶显示屏(8)和计算机(7)相连；PLC(4)和计算机(7)相连；其特征在于，该装置的检测方法的步骤如下：

1)CCD相机(11)垂直向下照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部，调整红色线阵激光光源(9)使其照射在待检测的梯形牙嵌式离合器齿部两齿之间，并且在CCD相机(11)的拍摄视野内，测得红色线阵激光光源(9)照射角度与CCD相机(11)之间的夹角β，欲求的梯形牙嵌式离合器齿部角度为α，齿顶宽为S₁，齿根宽为S₂，齿根高为S₃，并设定图像的角度阈值为T₁，齿顶宽阈值为T₂，齿根宽阈值T₃，齿根高阈值T₄，标准的梯形牙嵌式离合器齿部角度为Φ，标准的齿顶宽大小为R₁，标准的齿根宽大小为R₂，标准的齿根高大小为R₃；

2)对CCD相机(11)进行标定；

3)水平旋转台(13)开始匀速旋转，读取在线采集到的图像，将图像中红色线阵激光光源(9)经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿之间所形成的折线区域选定为ROI区域，将ROI区域中的图像作为源图像Q₁；

4)以红色线阵激光光源(9)发出的激光线经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿之间所形成的折线交点依次为A、B两点，经过梯形牙嵌式离合器齿部两个齿齿顶的交点依次为C、H两点，红色线阵激光光源(9)照射角度与CCD相机(11)之间的夹角β，通过图像处理得到梯形牙嵌式离合器齿部角度α，并于标准的梯形牙嵌式离合器齿部角度Φ比较，若计算所得阈值小于阈值T₁，则进入步骤5)；若计算所得阈值大于阈值T₁，则进入步骤9)；

5)计算齿根宽S₂和齿根高S₃，并与标准的齿根宽大小R₂和标准的齿根高大小R₃比较，若计算所得阈值小于阈值T₃和T₄，则进入步骤6)；否则，则进入步骤9)；

6)水平旋转台(13)匀速旋转至红色线阵激光光源(9)发出的激光线照射在梯形牙嵌式离合器齿部齿上，将ROI区域更改为图像中红色线阵激光光源(9)经过梯形牙嵌式离合器齿部齿上所形成的直线区域，将ROI区域中的图像作为源图像Q₂，计算齿顶宽S₁，并与标准的齿顶宽大小R₁比较，若计算所得阈值小于阈值T₂，则进入步骤7)；若计算所得阈值大于阈值T₂，则进入步骤9)；

7)水平旋转台是否旋转一圈，若旋转一圈则进入步骤8)，若未旋转一圈则进入步骤2)；

8)产品合格；

9)产品不合格，给出报警信号。

2.根据权利要求1中所述的一种梯形牙嵌式离合器齿部尺寸的检测方法，其特征在于，所述步骤4)的α的公式为：

$\mathrm{\α}=\arccos \frac{\left|\mathrm{FG}\right|}{\left|\mathrm{HG}\right|}$

其中，α为欲求的梯形牙嵌式离合器齿部角度，|HG|和|FG|分别为线段HG和线段FG的长度，|HG|定义为：待检测的齿顶边缘与其相邻的齿底边缘之间的距离，|FG|定义为：待检测的齿根高，|HG|和|FG|均能通过图像处理得到。