CN112629414A - 一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机、光学镜头、镜头夹座、检测台、平行光源组件、升降电机、升降机构、立柱、控制器组件和底板，将待测齿轮放在所述检测台上，利用升降电机驱动所述升降机构带动所述相机进行移动，直至达到成像要求后，利用所述相机采集齿轮图像，并传输至控制器组件中，对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取，基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测，提高检测精度。

Description

一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法

技术领域

本发明涉及量具量仪技术领域，尤其涉及一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法。

背景技术

行业调查可知，当前传统的齿轮径向跳动检测方式是打表检测—将压铆中心轴之后的齿轮装夹在检测台上，千分表测头接触齿轮齿顶后顶紧归零，通过人工转动齿轮，记录千分表指针读数，从而检测出被测齿轮的径向跳动。传统方式的缺点在于不同模数的齿轮需要选择相应的测头，齿轮装夹繁琐，并且依靠人工拨动齿轮来记录读数，检测精度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法，提高检测精度。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种非接触式齿轮径向跳动检测设备，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机、光学镜头、镜头夹座、检测台、平行光源组件、升降电机、升降机构、立柱、控制器组件和底板，所述平行光源组件与所述底板固定连接，并位于所述底板一侧，所述检测台与所述平行光源组件固定连接，并位于远离所述底板一侧，所述立柱与所述底板固定连接，并位于所述平行光源组件一侧，所述升降机构与所述立柱固定连接，并位于所述立柱一侧，所述升降电机与所述立柱固定连接，并位于远离所述底板一侧，所述镜头夹座与所述升降机构固定连接，并位于远离所述立柱一侧，所述光学镜头与所述镜头夹座可拆卸连接，并位于远离所述平行光源组件一侧，所述相机与所述镜头夹座可拆卸连接，并位于远离所述检测台一侧，所述控制器组件与所述底板和所述立柱固定连接，并位于远离所述升降机构一侧。

其中，所述升降机构还包括升降组件和移动组件，所述移动组件与所述立柱滑动连接，并位于所述立柱一侧，所述升降组件与所述升降电机连接，且和所述移动组件固定连接，并位于所述移动组件和所述立柱之间。

其中，所述升降组件包括升降丝杆、丝杆螺母和固定块，所述升降丝杆与所述升降电机连接，并位于所述升降电机一侧，所述丝杆螺母与所述升降丝杆滑动连接，且和所述移动组件固定连接，并位于所述升降丝杆四周，所述固定块与所述升降丝杆固定连接，并位于远离所述升降电机一侧。

其中，所述固定块具有推力球轴承，所述推力球轴承位于所述固定块中。

其中，所述平行光源组件包括两个夹板和光源发射器，两个所述夹板与所述底板固定连接，并位于所述底板一侧，所述光源发射器与两个所述夹板固定连接，并位于两个所述夹板之间。

其中，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备还包括多个支撑脚，多个所述支撑脚与所述底板固定连接，并位于远离所述立柱一侧。

第二方面，本发明提供了一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，如第一方面所述一种非接触式齿轮径向跳动检测设备适用于一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，包括以下步骤：

利用相机获取齿轮图像，并传输至控制器组件中对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取；

基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测。

本发明的一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机、光学镜头、镜头夹座、检测台、平行光源组件、升降电机、升降机构、立柱、控制器组件和底板，将待测齿轮放在所述检测台上，利用升降电机驱动所述升降机构带动所述相机进行移动，直至达到成像要求后，利用所述相机采集齿轮图像，并传输至控制器组件中，对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取，基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测，提高检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种非接触式齿轮径向跳动检测设备的结构示意图。

图2是本发明提供的一种升降机构的结构示意图。

图3是本发明提供的齿轮检测放置图。

图4是本发明提供的一种非接触式齿轮径向跳动检测方法的步骤示意图。

图5是本发明提供的饿齿轮边缘轮廓提取图。

图6是本发明提供的齿轮标准齿顶圆示意图。

1-相机、2-光学镜头、3-镜头夹座、4-检测台、5-平行光源组件、6-升降电机、7-升降机构、8-立柱、9-控制器组件、10-底板、11-支撑脚、12-待测齿轮、51-夹板、52-光源发射器、71-升降组件、72-移动组件、73-升降光耦感应器、74-升降电机安装板、711-升降丝杆、712-丝杆螺母、713-固定块、714-推力球轴承、721-升降件安装板、722-导轨。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本发明提供一种非接触式齿轮径向跳动检测设备，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机1、光学镜头2、镜头夹座3、检测台4、平行光源组件5、升降电机6、升降机构7、立柱8、控制器组件9和底板10，所述平行光源组件5与所述底板10固定连接，并位于所述底板10一侧，所述检测台4与所述平行光源组件5固定连接，并位于远离所述底板10一侧，所述立柱8与所述底板10固定连接，并位于所述平行光源组件5一侧，所述升降机构7与所述立柱8固定连接，并位于所述立柱8一侧，所述升降电机6与所述立柱8固定连接，并位于远离所述底板10一侧，所述镜头夹座3与所述升降机构7固定连接，并位于远离所述立柱8一侧，所述光学镜头2与所述镜头夹座3可拆卸连接，并位于远离所述平行光源组件5一侧，所述相机1与所述镜头夹座3可拆卸连接，并位于远离所述检测台4一侧，所述控制器组件9与所述底板10和所述立柱8固定连接，并位于远离所述升降机构7一侧。

在本实施方式中，CMOS相机1是本方式的核心器件，负责待测齿轮12的照片拍照；光学镜头2也是本方式的核心器件，通过计算镜头的倍率，决定了拍照视场和照片精度；镜头夹座3是起固定CMOS相机1和光学镜头2的作用；检测台4的高透玻璃是放置待测齿轮12的，并让底部的平行光源组件5的光束到达光学镜头2的物镜端；平行光源组件5是为本方式提供光源，使待测齿轮12的轮廓清晰，提升齿轮照片的精度；升降电机6是升降机构7的动力源；升降机构7是本方式的拍照调焦结构，通过升降电机6控制结构升降，实现对不同厚度齿轮的检测需求，立柱8是为本方式的CMOS相机1、光学镜头2、镜头夹座3、升降电机6、升降机构7提供安装、固定的位置；控制器组件9是本方式的核心组件，里面包含工业电脑主板、电机控制板、电源控制板等，核心算法均由此完成；底板10是本方式所需的安装基础。

设备装配方法

本方式的装配形式较为简捷，以下对其过程进行描述：

1、用水平仪校准所述底板10的水平度；

2、在所述底板10上固定平行光源组件5；

3、将检测台4安装于平行光源组件5上，并用水平仪校准台面水平度；

4、先将升降电机6和升降机构7安装于立柱8上，手动调试升降效果；

5、将立柱8安装于底板10上，确保立柱8底部与底板10装配面贴合平齐；

6、将组装完成的控制器组件9安装于立柱8之后、底板10之上，确保紧固；

7、将CMOS相机1和光学镜头2安装于升降机构7上，锁上镜头夹座3；

8、整体检查，装配完成。

操作流程为：

将设备安装好之后，将待测齿轮12放置在检测台4上，并利用升降电机6驱动所述升降机构7改变所述光学镜头2和相机1距离所述检测台4的距离，当所述平行光源组件5中的光束到达所述光学镜头2的物镜端，所述相机1能够得到清晰的图像后，利用所述相机1拍摄采集所述齿轮图像，并将所述图像传输至所述控制器组件9中进行高精度的亚像素算法处理，将提取的齿轮轮廓信息转化成尺寸数据，从而得出所需的齿轮数据；将计算得出的齿轮径向跳动检测数据记录并输出至显示器上，完成检测，将齿轮径向跳动检测方式由接触式变为非接触式；改变齿轮径向跳动检测的装夹方式，降低检测人员劳动量；改变齿轮径向跳动检测数据的记录方式，由机器显示代替人工记录，提高检测精度。

进一步的，所述升降机构7还包括升降组件71和移动组件72，所述移动组件72与所述立柱8滑动连接，并位于所述立柱8一侧，所述升降组件71与所述升降电机6连接，且和所述移动组件72固定连接，并位于所述移动组件72和所述立柱8之间。

在本实施方式中，如图2所示，当需要调整所述光学镜头2和所述相机1与所述检测台4之间的距离时，通过所述升降电机6驱动所述升降组件71运动，进而带动所述移动组件72的上下移动，使所述镜头夹座3一起上下移动，操作简单，且能根据实际检测需要，灵活的改变位置，提高检测精度。

进一步的，所述升降机构7还包括升降光耦感应器73，所述升降光耦感应器73与所述移动组件72固定连接，并位于所述移动组件72一侧。

在本实施方式中，在升降过程中，为了保护升降过程，利用所述升降光耦感应器73对升降复位信号进行反馈，起到升降保护的作用。

进一步的，所述升降机构7还包括升降电机安装板74，所述升降电机安装板74与所述升降组件71可拆卸连接，并位于所述升降组件71和所述升降电机6之间。

在本实施方式中，在所述升降组件71和所述升降电机6之间，利用所述升降电机安装板74来对所述升降电机6的位置进行限定。

进一步的，所述升降组件71包括升降丝杆711、丝杆螺母712和固定块713，所述升降丝杆711与所述升降电机6连接，并位于所述升降电机6一侧，所述丝杆螺母712与所述升降丝杆711滑动连接，且和所述移动组件72固定连接，并位于所述升降丝杆711四周，所述固定块713与所述升降丝杆711固定连接，并位于远离所述升降电机6一侧。

在本实施方式中，当所述升降电机6正转或反转时，带动所述升降丝杆711正转或反转，进而实现所述丝杆螺母712的上下运动，其中，所述丝杆螺母712一般是成副出现，而所述移动组件72与所述丝杆螺母712进行锁定，进而实现所述移动组件72的上下运动，所述固定块713是锁在所述立柱8上的，便于对所述丝杆螺母712的运动位移进行限定，避免运动距离过大，影响检测精度。

进一步的，所述移动组件72包括升降安装板721和两个导轨722，所述升降安装板721与所述丝杆螺母712固定连接，并位于远离所述立柱8一侧，两个所述导轨722与所述升降安装板721固定连接，且和所述立柱8滑动连接，并位于所述升降安装板721和所述立柱8之间。

在本实施方式中，所述升降安装板721与所述丝杆螺母712是锁在一起的，因此所述升降安装板721会跟随所述丝杆螺母712的运动而运动，而所述镜头夹座3是与所述升降安装板721固定连接的，因此通过所述丝杆螺母712的运动，会带动所述镜头夹座3的运动，进而改变所述光学镜头2和所述相机1的位置，为了增加升降过程的顺畅，利用两个所述导轨722在所述立柱8上进行滑动，方便相机1的升降过程的顺畅。

进一步的，所述固定块713具有推力球轴承714，所述推力球轴承714位于所述固定块713中。

在本实施方式中，所述推力球轴承714的作用是轴向顶住所述升降丝杆711，使其轴向无法移动，只能正反旋转。

进一步的，所述平行光源组件5包括两个夹板51和光源发射器52，两个所述夹板51与所述底板10固定连接，并位于所述底板10一侧，所述光源发射器52与两个所述夹板51固定连接，并位于两个所述夹板51之间。

在本实施方式中，如图3所所示，为了增加所述平行光源组件5的稳定性，利用两个所述夹板51将所述光源发射器52进行固定，然后将两个所述夹板51固定在所述底板10上，进而将所述平行光源组件5进行固定。

进一步的，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备还包括多个支撑脚11，多个所述支撑脚11与所述底板10固定连接，并位于远离所述立柱8一侧。

在本实施方式中，在所述底板10的底部安装四个所述支撑脚11，利用所述支撑脚11对所述底板10进行支撑，且起到防滑的作用。

请参阅图4，本发明提供了一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，所述一种非接触式齿轮径向跳动检测设备适用于一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，包括以下步骤：

S101、利用相机1获取齿轮图像，并传输至控制器组件9中对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取。

具体的，利用相机1采集齿轮图像，并传输至控制器组件9，所述控制器组件9根据获取齿轮的图像，对其进行图像滤波预处理，其目的是为了避免图像噪声的影响。对其滤波处理的方式为：对所述齿轮图像进行双边滤波和全局自适应二值化处理，然后对得到的二值化图像进行闭运算消除齿轮边缘的毛刺，在完成图像预处理后根据齿轮的二值图提取其边缘信息，其边缘提取可分为亚像素级和像素级的，像素级的为使用Canny、Sobel算子以及自适应二值化计算出线缆的像素级边缘轮廓，另一种亚像素级，则采用Zernike矩对图像进行亚像素边缘轮廓提取，最后根据提取的像素级边缘轮廓和亚像素级边缘轮廓获取到齿轮的外轮廓信息。如图5、图6所示。

S102、基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测。

具体的，根据齿轮的轮廓信息，找出齿轮上每个齿的齿顶点，根据齿轮上所有的齿顶点用最小二乘方法解算出一个标准的齿顶圆；找出标准齿顶圆与各齿顶轮廓的最大重叠错位和最小重叠错位，便是被测齿轮的最大径向跳动和最小径向跳动；用最大径向跳动减去最小径向跳动，从而得到被测齿轮的径向跳动，将计算得出的齿轮径向跳动检测数据记录并输出至显示器上。

所述方法还包括：

将待测齿轮12放在所述检测台4上，利用升降电机6驱动所述升降机构7带动所述相机1进行移动，直至达到成像要求后，利用所述相机1采集齿轮图像，其中，成像要求为所述待测齿轮12位于光学镜头2的成像焦距内，且成像效果清晰。

本发明的一种非接触式齿轮径向跳动检测设备及方法，所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机1、光学镜头2、镜头夹座3、检测台4、平行光源组件5、升降电机6、升降机构7、立柱8、控制器组件9和底板10，将待测齿轮12放在所述检测台4上，利用升降电机6驱动所述升降机构7带动所述相机1进行移动，直至达到成像要求后，利用所述相机1采集齿轮图像，并传输至控制器组件9中，对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取，基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测，提高检测精度。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述非接触式齿轮径向跳动检测设备包括相机、光学镜头、镜头夹座、检测台、平行光源组件、升降电机、升降机构、立柱、控制器组件和底板，所述平行光源组件与所述底板固定连接，并位于所述底板一侧，所述检测台与所述平行光源组件固定连接，并位于远离所述底板一侧，所述立柱与所述底板固定连接，并位于所述平行光源组件一侧，所述升降机构与所述立柱固定连接，并位于所述立柱一侧，所述升降电机与所述立柱固定连接，并位于远离所述底板一侧，所述镜头夹座与所述升降机构固定连接，并位于远离所述立柱一侧，所述光学镜头与所述镜头夹座可拆卸连接，并位于远离所述平行光源组件一侧，所述相机与所述镜头夹座可拆卸连接，并位于远离所述检测台一侧，所述控制器组件与所述底板和所述立柱固定连接，并位于远离所述升降机构一侧。

2.如权利要求1所述的非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述升降机构还包括升降组件和移动组件，所述移动组件与所述立柱滑动连接，并位于所述立柱一侧，所述升降组件与所述升降电机连接，且和所述移动组件固定连接，并位于所述移动组件和所述立柱之间。

3.如权利要求2所述的非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述升降组件包括升降丝杆、丝杆螺母和固定块，所述升降丝杆与所述升降电机连接，并位于所述升降电机一侧，所述丝杆螺母与所述升降丝杆滑动连接，且和所述移动组件固定连接，并位于所述升降丝杆四周，所述固定块与所述升降丝杆固定连接，并位于远离所述升降电机一侧。

4.如权利要求3所述的非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述固定块具有推力球轴承，所述推力球轴承位于所述固定块中。

5.如权利要求1所述的非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述平行光源组件包括两个夹板和光源发射器，两个所述夹板与所述底板固定连接，并位于所述底板一侧，所述光源发射器与两个所述夹板固定连接，并位于两个所述夹板之间。

6.如权利要求1所述的非接触式齿轮径向跳动检测设备，其特征在于，

所述非接触式齿轮径向跳动检测设备还包括多个支撑脚，多个所述支撑脚与所述底板固定连接，并位于远离所述立柱一侧。

7.一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，如权利要求1至权利要求6任一项所述一种非接触式齿轮径向跳动检测设备适用于一种非接触式齿轮径向跳动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用相机获取齿轮图像，并传输至控制器组件中对所述齿轮图像进行预处理和轮廓提取；

基于提取出的轮廓信息，利用最小二乘法计算出标准齿顶圆，并将基于所述标准齿顶圆和对应的和齿顶轮廓计算出的径向跳动进行显示存储，完成检测。

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