CN112629435B - 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法 - Google Patents

基于多线结构光的齿轮测量系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112629435B
CN112629435B CN202011285890.7A CN202011285890A CN112629435B CN 112629435 B CN112629435 B CN 112629435B CN 202011285890 A CN202011285890 A CN 202011285890A CN 112629435 B CN112629435 B CN 112629435B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear
structured light
detected
image
detection platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011285890.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112629435A (zh
Inventor
罗天洪
王成琳
孙伟
廖尉捷
范磊
陈婕
李忠涛
杨清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Arts and Sciences
Original Assignee
Chongqing University of Arts and Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Arts and Sciences filed Critical Chongqing University of Arts and Sciences
Priority to CN202011285890.7A priority Critical patent/CN112629435B/zh
Publication of CN112629435A publication Critical patent/CN112629435A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112629435B publication Critical patent/CN112629435B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

基于多线结构光的齿轮测量系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于多线结构光的齿轮测量系统及方法。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，本发明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，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。
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。
本发明的有益效果为：
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为本发明一个实施例的轴侧图；
图2为本发明一个实施例的正视图；
图3为本发明一个实施例的俯视图；
图4为本发明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为可沿所述支承立柱4上下滑动。
每组检测组件中的激光器8与图像采集器7之间所成夹角满足各个图像采集器7同时获得被测齿轮A齿面反射的结构光，图像采集器7连续采集被测齿轮A表面激光束与轴向齿廓表面平行相交形成的光条图像。例如被测齿轮A参数为:模数m为1，齿数z为20，压力角为20°的标准齿轮，则激光器8与CCD工业相机之间的夹角θ为45°。
由于工业现场测量时，环境中还可能存在其他各种干扰光源。干扰光不仅会对测量精度产生不利影响，甚至可能直接导致测量的失败。因此，本申请在整个齿轮测量过程当中，为了消除干扰光源的影响，在所述底座1上设有用于将所述检测平台、检测组件和被测齿轮A罩在底座1上的光隔离罩9(如图2所示)。
此外，该申请还公开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8向被测齿轮A的表面发射激光束，同时使图像采集器7连续采集被测齿轮A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7采集到的所述光条图像进行处理得到被测齿轮A的有效光条中心图像；
S3：对图像采集器7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A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，通过对多组组激光器8和工业相机测得的被测齿轮A旋转一周的相关参数对比分析，从而得到该被测齿轮A的各项综合测量指标。
为了尽量多地同时获取投影截面的有效原始信息，采用四组结构光视觉传感器来构建测量系统，四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。
同时为满足4组结构光传感器的标定需要，基于世界坐标唯一的全局标定方法和双重交比不变原理，通过设计靶标来进行标定。靶标近似一个正方形，正面和侧面均是刚性平面，靶标正面均匀分布着n×n的圆阵列，各圆心间的距离已知。以靶标角上的圆心为原点，建立唯一世界坐标系Or-XrYrZr,Xr轴和Yr轴分别与阵列圆心平行,Zr轴垂直靶标平面向上。在各个结构光传感器标定完成后，由于用于局部标定的标定点已经统一到了世界总体坐标系下，因而经过局部标定的各个视觉传感器已经实现了全局统一。
所述步骤S3具体包括：
S31：令被测齿轮A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7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A的三维测量。
齿轮安装误差是齿形测量中较为常见的误差来源之一，在测量过程中由于齿轮旋转使安装误差对同一齿轮的不同齿有不同影响，对同一齿面上不同测量点的影响也不同，因此不能使用简单的线性公式对安装误差进行补偿。为了解决齿轮安装误差修正问题，基于坐标变换原理采用一种齿形偏心修正的方法。应用该方法对偏心齿轮进行补偿得到的齿形质量评价结果与理论齿形相比，能保证精度在±1μm以内，消除了齿轮安装误差对齿形测量的影响，对提高齿轮测量精度具有重要意义。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

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；
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；
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；
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，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。
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，所述齿轮固定座为内三角卡盘。
3.一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或2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。
4.根据权利要求3所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，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。
CN202011285890.7A 2020-11-17 2020-11-17 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法 Active CN112629435B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011285890.7A CN112629435B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011285890.7A CN112629435B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112629435A CN112629435A (zh) 2021-04-09
CN112629435B true CN112629435B (zh) 2023-11-07

Family

ID=75303420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011285890.7A Active CN112629435B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112629435B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113418476A (zh) * 2021-07-09 2021-09-21 扬州大学 一种基于机器视觉的磨齿齿面粗糙度测量装置与方法
CN113587846A (zh) * 2021-08-01 2021-11-02 北京工业大学 一种基于坐标变换原理的小模数齿形检测方法
CN114322837A (zh) * 2021-11-30 2022-04-12 国珑智能科技(威海)有限公司 一种双八字三维视觉在线测量物体断面形状的装置及方法
CN114492060B (zh) * 2022-01-17 2024-03-29 北京工业大学 小模数塑料直齿圆柱齿轮工业ct投影及重建图像建模方法
CN114800542B (zh) * 2022-02-21 2023-05-09 南昌航空大学 螺旋锥齿轮全角度柔性打磨机器装置、打磨方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788559A (zh) * 2012-07-19 2012-11-21 北京航空航天大学 一种宽视场结构光视觉测量系统及测量方法
CN103499302A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 吉林大学 基于结构光视觉成像系统的凸轮轴直径尺寸在线测量方法
CN104567728A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 天津大学 激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标
CN106441099A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 北京交通大学 多线结构光传感器的标定方法
CN110375674A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 东莞理工学院 一种精密制造设备的视觉检测系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100491903C (zh) * 2007-09-05 2009-05-27 北京航空航天大学 一种结构光视觉传感器结构参数标定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102788559A (zh) * 2012-07-19 2012-11-21 北京航空航天大学 一种宽视场结构光视觉测量系统及测量方法
CN103499302A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 吉林大学 基于结构光视觉成像系统的凸轮轴直径尺寸在线测量方法
CN104567728A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 天津大学 激光视觉轮廓测量系统及测量方法、立体靶标
CN106441099A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 北京交通大学 多线结构光传感器的标定方法
CN110375674A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 东莞理工学院 一种精密制造设备的视觉检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112629435A (zh) 2021-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112629435B (zh) 基于多线结构光的齿轮测量系统及方法
JP6385531B1 (ja) 光学式スピンドル多自由度誤差測定装置及び方法
CN107741198B (zh) 一种基于四轴光学扫描系统转台标定的方法
CN110044293B (zh) 一种三维重构系统及三维重构方法
CN100335860C (zh) 工件检测方法
CN1155799C (zh) 激光线扫描三维测量双光刀虚拟网格映射标定方法及装置
CN111982019B (zh) 基于线结构光传感器的叶片截面轮廓高精度检测方法
US5369490A (en) Contour measuring apparatus
CN110926365B (zh) 一种基于线结构光检测物标定方法
CN113029036B (zh) 一种非接触式物体三维轮廓光学检测装置及检测方法
CN110487210A (zh) 蜂窝芯表面轮廓测量方法
CN116105638A (zh) 一种u型转台同轴度检测系统及检测方法
CN113091653B (zh) 基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法
CN113624136A (zh) 零件检测设备和零件检测设备标定方法
CN113916128A (zh) 一种基于光笔式视觉测量系统的提高精度的方法
CN108709509B (zh) 轮廓照相机、配套的超大直径回转体工件非接触式测径仪以及非接触式回转体测量方法
CN216770503U (zh) 一种用于船舶动力装置对中偏差监测的装置
CN113513986B (zh) 几何公差测量设备及其测量方法
CN110057288B (zh) 光学旋转抛物面基准件阵列中心距离的标定方法
CN110617778B (zh) 一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法
CN213874338U (zh) 姿态校准装置
CN209541665U (zh) 光学旋转抛物面基准件阵列中心距离的标定装置
CN110455188B (zh) 单轴平移台与结构光3d传感器联合测量标定方法
CN215064382U (zh) 几何公差测量设备
CN220105560U (zh) 一种五轴联动标定系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant