CN113137935A - 基于计算机视觉的rv减速器摆线轮磨损测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，包括试验平台，试验平台的上方通过减速器支架设置有RV减速器，RV减速器的两端分别与制动装置和驱动装置连接；RV减速器旁设置有第一高速摄像机和第二高速摄像机；第一高速摄像机、第二高速摄像机、制动装置和驱动电机均与工控计算机电连接。采用测试系统进行磨损测试的方法为：S1：调整设备高度、采集摆线轮旋转的图像、计算出采集基线距离摆线轮齿面的距离值d、计算摆线轮齿面的磨损量。本发明通过图像采集，实时采集到摆线轮轮廓的图像，通过计算机视觉测量技术得到实时磨损量，有效的解决了现有技术无法测试不同工况下RV减速器摆线轮齿面磨损量的难题。

Description

基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损测试系统及方法
技术领域
本发明涉及减速器磨损测试技术领域，具体涉及一种基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损测试系统及方法。
背景技术
RV减速器常应用于低速、轻载、非长期连续运行的的工况条件下。其主要失效形式是由摆线轮和滚针接触区域摩擦磨损会引起传动精度及效率等各项传动性能指标的下降。而磨损失效常常经历跑合磨合阶段、稳定磨损阶段以及稳定磨损阶段。现有的试验技术将摆线轮拆卸下来用测微仪器测量其磨损量：一方面，此类测量技术受制于人为测量误差，另一方面无法获得减速器摆线轮磨损的实时变化规律。
因此，急需一种完善的RV减速器摆线轮磨损实时测试技术，来实现摆线轮齿廓的实时磨损量的高精度测试和实际磨损规律的精确表征。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能实时测试不同工况下摆线轮齿面磨损变化规律的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损测试系统及方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，其包括试验平台，试验平台的上方通过减速器支架设置有RV减速器，RV减速器的两端分别与驱动轴连接，驱动轴的一端通过第一柔性联轴器与制动装置连接；驱动轴的另一端通过第二柔性联轴器与驱动装置连接；RV减速器的外壳上开孔，开孔位置与RV减速器内的摆线轮位置对应；RV减速器旁设置有第一高速摄像机和第二高速摄像机；
第一高速摄像机和第二高速摄像机的视线指向开孔形成夹角，夹角的中心线位于摆线轮所在的平面，第一高速摄像机和第二高速摄像机之间的连线垂直摆线轮所在的平面；第一高速摄像机、第二高速摄像机、制动装置和驱动电机均与工控计算机电连接。
进一步地，第一高速摄像机和第二高速摄像机旁均设置有补光器，补光器设置在高度调节杆的上端，高度调节杆安装在试验平台上。
进一步地，驱动装置为伺服电机，伺服电机通过电机支架安装在试验平台上，伺服电机的转轴与第二柔性联轴器连接。
进一步地，制动装置为磁粉制动器，磁粉制动器通过制动器支架安装在试验平台上，磁粉制动器与第一柔性联轴器连接。
一种采用上述基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统的测试方法，其包括以下步骤：
S1：调整第一高速摄像机和第二高速摄像机的方向，使第一高速摄像机和第二高速摄像机的方向聚焦于开孔位置，第一高速摄像机和第二高速摄像机通过摆线轮平面对称，第一高速摄像机和第二高速摄像机的高度与开孔的高度一致；
S2：调整补光器的高度，使第一高速摄像机和第二高速摄像机拍摄出清晰的摆线轮齿面图像；
S3：伺服电机驱动RV减速器内的摆线轮旋转，第一高速摄像机和第二高速摄像机分别采集开口处摆线轮齿面旋转的图像；
S4：将采集的图像上传给工控计算机，第一高速摄像机和第二高速摄像机之间的连线作为采集基线，利用图像计算出采集基线距离摆线轮齿面上采样点的距离值d；
S5：在摆线轮旋转一周的时间T范围内，采集摆线轮上齿面距离采集基线的距离值d，计算摆线轮齿面在此时t1的磨损量。
进一步地，步骤S4包括：
S41：将第一高速摄像机和第二高速摄像机采集的摆线轮齿面图像进行保存；
S42：提取出图像上摆线轮的齿面区域；
S43：在齿面区域上设置若干采样点，计算每一采样点的视差，得到视差图，根据视差图确定世界坐标下的三维图像；
S44：利用采集基线的长度B、第一高速摄像机和第二高速摄像机的焦距f和平均视差D计算每一个采样点距离采集基线的距离值Z，平均视差D为齿面区域上每个采样点的视差平均值：
Figure BDA0003038253800000031
S45：计算所有采样点距离采集基线的距离值Z的均值，作为该时刻t1采集基线距离齿面区域的距离值d。
进一步地，步骤S5包括：
S51：采集时刻t1左右一个周期T内所有的距离值d，并对所有的距离值d进行积分求和；
S52：将求得的积分和与测试初始时刻采集基线距离齿面区域的距离值d0进行比较，得到摆线轮在时刻t1的磨损量U：
Figure BDA0003038253800000032
其中，T为摆线轮旋转一周所需的时间，t为测试时间。
本发明的有益效果为：
本发明通过图像采集，实时采集到摆线轮轮廓的图像，通过计算机视觉测量技术得到实时磨损量，有效的解决了现有技术无法测试不同工况下RV减速器摆线轮齿面磨损量的难题。
本发明对于RV减速器摆线轮的磨损量能够进行原位测量，保证测量结果与RV减速器实际工况一致。
本发明针对不同型号的减速器而设计的工装，以达到不用更换减速器支架，可用于不同减速器的测试安装，更为方便、容易操作。
本发明通过调节伺服电机的转速以及磁粉制动器的负载扭矩，可分析不同转速以及负载扭矩对RV减速器摆线轮磨损量的影响。
本发明采用双目视觉测距技术能够迅速、准确地测量摆线轮齿面的深度方向测距值，所计算而得的摆线轮磨损量测试值更为精准、可靠。
附图说明
图1为基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统的结构图。
图2为第一高速摄像机和第二高速摄像机安装示意图。
图3为RV减速器的内部结构图。
图4为摆线轮齿面磨损量的测试结果示意图。
其中，1、电机支架，2、伺服电机，3、驱动轴，4、第二柔性联轴器，5、第一高速摄像机，6、RV减速器，7、第二高速摄像机，8、补光器，9、第一柔性联轴器，10、磁粉制动器，11、制动器支架，12、试验平台，13、高度调节杆，14、摄像机调节支架，15、减速器支架，16、开孔。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1至图3所示，本方案的基于计算机视觉的RV减速器6摆线轮磨损实时测试系统包括试验平台12，试验平台12的上方通过减速器支架15设置有RV减速器6，RV减速器6的两端分别与驱动轴3连接，驱动轴3的一端通过第一柔性联轴器9与制动装置连接；驱动轴3的另一端通过第二柔性联轴器4与驱动装置连接；RV减速器6的外壳上开孔16，开孔16位置与RV减速器6内的摆线轮位置对应；RV减速器6旁设置有第一高速摄像机5和第二高速摄像机7，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7安装在可调整高度的摄像机调节支架14上。
本方案的第一高速摄像机5和第二高速摄像机7的视线指向开孔16，形成夹角，夹角的中心线位于摆线轮所在的平面，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7之间的连线垂直摆线轮所在的平面；第一高速摄像机5、第二高速摄像机7、制动装置和驱动电机均与工控计算机电连接。
本方案的第一高速摄像机5和第二高速摄像机7旁均设置有补光器8，补光器8设置在高度调节杆13的上端，高度调节杆13安装在试验平台12上。驱动装置为伺服电机2，伺服电机2通过电机支架1安装在试验平台12上，伺服电机2的转轴与第二柔性联轴器4连接。制动装置为磁粉制动器10，磁粉制动器10通过制动器支架11安装在试验平台12上，磁粉制动器10与第一柔性联轴器9连接。
采用上述基于计算机视觉的RV减速器6摆线轮磨损实时测试系统的测试方法，包括以下步骤：
S1：调整第一高速摄像机5和第二高速摄像机7的方向，使第一高速摄像机5和第二高速摄像机7的方向聚焦于开孔16位置，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7通过摆线轮平面对称，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7的高度与开孔16的高度一致；
S2：调整补光器8的高度，使第一高速摄像机5和第二高速摄像机7拍摄出清晰的摆线轮齿面图像；
S3：伺服电机2驱动RV减速器6内的摆线轮旋转，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7分别采集开口处摆线轮齿面旋转的图像；
S4：将采集的图像上传给工控计算机，第一高速摄像机5和第二高速摄像机7之间的连线作为采集基线，利用图像计算出采集基线距离摆线轮齿面上采样点的距离值d；具体包括：
S41：将第一高速摄像机5和第二高速摄像机7采集的摆线轮齿面图像进行保存；
S42：提取出图像上摆线轮的齿面区域；
S43：在齿面区域上设置若干采样点，计算每一采样点的视差，得到视差图，根据视差图确定世界坐标下的三维图像；
S44：利用采集基线的长度B、第一高速摄像机5和第二高速摄像机7的焦距f和平均视差D计算每一个采样点距离采集基线的距离值Z，平均视差D为齿面区域上每个采样点的视差平均值：
Figure BDA0003038253800000061
S45：计算所有采样点距离采集基线的距离值Z的均值，作为该时刻t1采集基线距离齿面区域的距离值d。
S5：在摆线轮旋转一周的时间T范围内，采集摆线轮上齿面距离采集基线的距离值d，计算摆线轮齿面在此时t1的磨损量，具体包括：
S51：采集时刻t1左右一个周期T内所有的距离值d，并对所有的距离值d进行积分求和；
S52：将求得的积分和与测试初始时刻采集基线距离齿面区域的距离值d0进行比较，得到摆线轮在时刻t1的磨损量U，如图4所示：
Figure BDA0003038253800000071
其中，T为摆线轮旋转一周所需的时间，t为测试时间。
本发明通过图像采集，实时采集到摆线轮轮廓的图像，通过计算机视觉测量技术得到实时磨损量，有效的解决了现有技术无法测试不同工况下RV减速器6摆线轮齿面磨损量的难题。
本发明对于RV减速器6摆线轮的磨损量能够进行原位测量，保证测量结果与RV减速器6实际工况一致。
本发明针对不同型号的减速器而设计的工装，以达到不用更换减速器支架15，可用于不同减速器的测试安装，更为方便、容易操作。
本发明通过调节伺服电机2的转速以及磁粉制动器10的负载扭矩，可分析不同转速以及负载扭矩对RV减速器6摆线轮磨损量的影响。
本发明采用双目视觉测距技术能够迅速、准确地测量摆线轮齿面的深度方向测距值，所计算而得的摆线轮磨损量测试值更为精准、可靠。

Claims (7)

1.一种基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，其特征在于，包括试验平台，所述试验平台的上方通过减速器支架设置有RV减速器，所述RV减速器的两端分别与驱动轴连接，所述驱动轴的一端通过第一柔性联轴器与制动装置连接；所述驱动轴的另一端通过第二柔性联轴器与驱动装置连接；所述RV减速器的外壳上开孔，所述开孔位置与RV减速器内的摆线轮位置对应；所述RV减速器旁设置有第一高速摄像机和第二高速摄像机；
所述第一高速摄像机和第二高速摄像机的视线指向开孔形成夹角，所述夹角的中心线位于摆线轮所在的平面，所述第一高速摄像机和第二高速摄像机之间的连线垂直摆线轮所在的平面；所述第一高速摄像机、第二高速摄像机、制动装置和驱动电机均与工控计算机电连接。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，其特征在于，所述第一高速摄像机和第二高速摄像机旁均设置有补光器，所述补光器设置在高度调节杆的上端，所述高度调节杆安装在试验平台上。
3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，其特征在于，所述驱动装置为伺服电机，所述伺服电机通过电机支架安装在试验平台上，所述伺服电机的转轴与第二柔性联轴器连接。
4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统，其特征在于，所述制动装置为磁粉制动器，所述磁粉制动器通过制动器支架安装在试验平台上，所述磁粉制动器与第一柔性联轴器连接。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：调整第一高速摄像机和第二高速摄像机的方向，使第一高速摄像机和第二高速摄像机的方向聚焦于开孔位置，第一高速摄像机和第二高速摄像机通过摆线轮平面对称，第一高速摄像机和第二高速摄像机的高度与开孔的高度一致；
S2：调整补光器的高度，使第一高速摄像机和第二高速摄像机拍摄出清晰的摆线轮齿面图像；
S3：伺服电机驱动RV减速器内的摆线轮旋转，第一高速摄像机和第二高速摄像机分别采集开口处摆线轮齿面旋转的图像；
S4：将采集的图像上传给工控计算机，第一高速摄像机和第二高速摄像机之间的连线作为采集基线，利用图像计算出采集基线距离摆线轮齿面上采样点的距离值d；
S5：在摆线轮旋转一周的时间T范围内，采集摆线轮上齿面距离采集基线的距离值d，计算摆线轮齿面在此时t1的磨损量。
6.根据权利要求5所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41：将第一高速摄像机和第二高速摄像机采集的摆线轮齿面图像进行保存；
S42：提取出图像上摆线轮的齿面区域；
S43：在齿面区域上设置若干采样点，计算每一采样点的视差，得到视差图，根据视差图确定世界坐标下的三维图像；
S44：利用采集基线的长度B、第一高速摄像机和第二高速摄像机的焦距f和平均视差D计算每一个采样点距离采集基线的距离值Z，平均视差D为齿面区域上每个采样点的视差平均值：
Figure FDA0003038253790000021
S45：计算所有采样点距离采集基线的距离值Z的均值，作为该时刻t1采集基线距离齿面区域的距离值d。
7.根据权利要求5所述的基于计算机视觉的RV减速器摆线轮磨损实时测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
S51：采集时刻t1左右一个周期T内所有的距离值d，并对所有的距离值d进行积分求和；
S52：将求得的积分和与测试初始时刻采集基线距离齿面区域的距离值d0进行比较，得到摆线轮在时刻t1的磨损量U：
Figure FDA0003038253790000031
其中，T为摆线轮旋转一周所需的时间，t为测试时间。
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