CN114651279A

CN114651279A - 用于确定具有不均匀轮廓的零件与参考图的符合性的方法和相关系统

Info

Publication number: CN114651279A
Application number: CN202080078224.8A
Authority: CN
Inventors: P·比彻明
Original assignee: Vision X
Current assignee: Vision X
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-06-21
Also published as: EP4058985A1; WO2021092696A1; CA3125344C; EP4058985A4; US20220392042A1; CA3125344A1

Abstract

提供了一种用于确定具有齿、齿顶或齿根的零件与参考图的符合性的方法和相关系统。该方法包括：提供零件的图像；将参考图与零件的图像叠加并对齐；利用对齐的叠加图分析零件的图像以提取零件的图像上的多个测量点，每个测量点与齿的对应齿顶或齿根相关联；以及将零件的图像与齿顶或齿根区域中的参考图进行比较以确定零件在每个测量点处是否处于预定公差内。该方法特别适用于检查具有不均匀轮廓的零件。

Description

用于确定具有不均匀轮廓的零件与参考图的符合性的方法和相关系统

技术领域

本技术领域总体上涉及用于确定零件与参考图的符合性的方法和相关系统，并且更具体地涉及用于自动确定具有不均匀轮廓的零件与参考图的符合性的方法以及相关系统。

背景技术

用于检查零件、更具体地说确定零件如何与其计算机辅助设计(CAD)图或类似参考图进行比较的技术在本领域中是已知的。然而，现有的技术不能容易地适用于具有不均匀、不连续和/或相对不平滑轮廓或外表面的零件的检查要求。例如，现有的技术通常很少顾及或考虑沿零件的轮廓具有齿、齿顶、齿根或任何类型的不连续性的零件的具体检查要求，从而导致这些零件的相对较差的特征。因此，识别具有不均匀轮廓的零件是否符合其相关的参考图仍然是一个挑战。

因此，需要将解决或至少减轻上文所呈现的挑战中的一些的技术、方法和相关系统。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于根据预定公差确定零件与参考图的符合性的方法，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述方法包括：

提供所述零件的图像；

将所述零件的图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的图像对齐；

在所述零件的图像上确定所述齿根和所述齿顶中的至少一者沿着所述零件的所述不均匀轮廓的位置；

将所述齿根和所述齿顶中的所述至少一者的每个位置与对应的测量点相关联；以及

对于每个测量点：

确定所述零件的图像与所述参考图之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐包括校正所述参考图的平移或旋转。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐是通过考虑一个或多个基准来执行的。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐是通过执行总体最佳拟合来实现的。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐是通过根据最小平方回归模型使所述参考图与所述零件的图像之间的距离最小化来执行的。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐包括在所述参考图上将所述齿根和齿顶中的至少一些拟合在所述预定公差内。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述零件的图像对齐包括使所述齿根或齿顶与所述参考图之间的最大偏差最小化。

在一些实施方式中，所述方法还包括仅基于所述参考图相对于所述齿根或所述齿顶的位置来改进所述参考图与所述零件的图像的对齐。

在一些实施方式中，所述零件的图像与所述参考图之间的距离是在所述零件的边缘与所述零件的对应标称位置之间测量的。

在一些实施方式中，所述参考图包括一个或多个标称轮廓。

在一些实施方式中，所述方法还包括将每个标称轮廓与公差带相关联。

在一些实施方式中，每个公差带包括正负公差、正正公差，负负公差或它们的任意组合。

在一些实施方式中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓是恒定的。

在一些实施方式中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓变化。

在一些实施方式中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓线性地变化。

在一些实施方式中，所述方法还包括确定形成在所述参考图中提供的每个标称轮廓的实体。

在一些实施方式中，所述方法还包括确定形成每个标称轮廓的所述实体之间的连接性。

在一些实施方式中，确定所述齿根和所述齿顶中的所述至少一者的位置包括：

确定所述零件的图像的边缘轮廓；

横穿形成所述标称轮廓的所述实体；以及

确定在所述参考图上的零件的标称位置和所述图像上的所述零件的对应边缘之间测量的距离的变化。

在一些实施方式中，所述方法还包括基于预定标准对伪影进行过滤。

在一些实施方式中，所述伪影包括以下中的至少一者：电子噪声、污染和假峰。

在一些实施方式中，所述参考图是计算机辅助设计(CAD)图。

在一些实施方式中，所述预定公差从所述参考图中提取或由用户提供。

在一些实施方式中，实时地、接近实时地、在单个图像上、在一系列图像上、或在实况视频流上提供所述确定的结果。

在一些实施方式中，提供所述零件的图像包括使用相机或扫描仪生成所述零件的图像。

在一些实施方式中，所述方法还包括显示所述零件的图像和与所述零件的图像对齐的所述参考图。

在一些实施方式中，所述方法还包括表征所述齿顶或齿根的至少一个特性。

在一些实施方式中，所述齿顶或齿根的特性包括齿距、齿间距、齿高、所述零件的大直径和所述零件的小直径。

在一些实施方式中，所述方法还包括输出总体通过或未通过判定，所述总体通过或未通过判定基于针对每个测量点做出的确定的结果的组合。

在一些实施方式中，所述总体通过或未通过判定还基于所述齿根和齿顶中的所述至少一者的特性。

在一些实施方式中，所述方法还包括在所述零件的图像上显示在所述齿根和齿顶中的所述至少一者处的所述总体通过或未通过判定的结果。

在一些实施方式中，所述方法还包括在所述零件的图像上显示所述齿根和齿顶中的所述至少一者的特性。

在一些实施方式中，所述方法还包括在所述零件的图像上显示与所述齿根和齿顶中的所述至少一者相关联的所述测量点。

在一些实施方式中，所述方法还包括在所述零件的图像上显示所述零件的图像与所述参考图之间的所确定的距离。

在一些实施方式中，所述方法还包括显示所述确定的结果。

根据另一方面，提供了一种用于根据预定公差确定零件与参考图的符合性的方法，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述方法包括：

提供所述零件的图像；

将所述零件的图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的图像对齐；

将所述齿根和所述齿顶中的所述至少一者的每个位置与对应的测量点相关联；

对于每个测量点：

确定所述图像上的所述零件的边缘与所述参考图中提供的零件的对应标称位置之间的距离；

仅基于所述参考图相对于所述齿根和齿顶中的所述至少一者的位置，改进所述参考图与所述零件的图像的对齐；

在改进对齐之后，确定所述图像上的所述零件的边缘与所述零件的对应标称位置之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果；以及

表征所述齿根和齿顶中的所述至少一者的一个或多个特性；

输出总体通过或未通过判定，所述总体通过或未通过判定基于针对每个测量点所做出的所述确定的结果或所述齿根和齿顶中的所述至少一者的所述一个或多个特性的组合；以及

显示所述总体通过或未通过判定。

在一些实施方式中，所述一个或多个特性包括齿距、齿间距、齿高、所述零件的大直径和所述零件的小直径中的至少一者。

根据另一方面，提供了一种用于将零件与参考图进行比较的系统，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述系统被构造成用于提供所述零件的图像，所述系统包括处理器，所述处理器被构造成用于根据预定公差确定所述零件与所述参考图的符合性，所述处理器被构造成用于：

将所述零件的图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的图像对齐；

对于每个测量点：

确定所述零件的图像与所述参考图之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果。

在一些实施方式中，所述处理器可以被构造成执行所述方法或本文公开的方法的任何步骤。

根据另一方面，提供了一种用于确定具有齿的零件与参考图的符合性的方法，所述方法包括：

提供所述零件的图像；

将所述参考图与所述零件的图像对齐；

分析所述零件的图像以提取所述零件的图像上的多个测量点，每个测量点与所述齿的对应齿顶或齿根相关联；以及

将所述零件的图像与所述参考图进行比较以确定所述零件在每个测量点处是否处于预定公差内。

在一些实施方式中，将所述参考图与所述图像对齐的步骤包括将所述零件的图像与所述参考图叠加。

在一些实施方式中，对齐或叠加所述参考图的步骤包括基于测量点在公差带内或与标称线的拟合来校正所述图的对齐，以及重复上述分析和比较的步骤以获得最终或更优化的结果。

根据另一方面，提供了一种用于检查带齿零件的齿顶和齿根点的方法。这种方法允许确定点是在公差内还是在公差带内。该方法可以使用平移和旋转不变的方案来实现，其中，定位零件的齿顶和齿根点的步骤之后是将齿顶和齿根点与CAD或参考图上的(一个或多个)对应位置和(一个或多个)公差相关联的步骤。根据该方面的方法允许仅使用这些点(这对于带齿的零件是高度期望的)来执行重新对齐以及验证其它特性(例如，齿距、齿高等)。

根据另一方面，提供了一种方法，所述方法包括：确定构成轮廓的标称位置的实体(在CAD图中)的连接性；提供沿着所述轮廓的标称位置的横截面；在每个横截面上定位零件的边缘；以及分析该边缘轮廓以定位(亚像素精度)齿顶和齿根点。

根据另一方面，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，在所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有用于确定具有齿的零件与参考图的符合性的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由已经接收所述零件的图像的处理器执行时使所述处理器执行以下步骤：

将所述参考图与所述零件的图像对齐；

在一些实施方式中，对齐所述图像的步骤包括将所述零件的图像与所述参考图叠加。

在一些实施方式中，对齐或叠加所述参考图的步骤包括基于测量点在公差带内或与标称线的拟合来校正所述参考图的对齐，以及重复上述分析和比较的步骤以获得最终或更优化的结果。

在阅读了以下仅参照附图以示例方式给出的对本发明的具体实施方式的非限制性描述之后，本说明书的其它特征和优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1(现有技术)示出了与参考图自动比较的髋关节假体，其中髋关节假体具有均匀的轮廓。

图2是医疗锉刀的图像，该医疗锉刀可利用所述方法的一个实施方式获得并表征，其中所述医疗锉刀具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓。

图3示出了图2的医疗锉刀，该医疗锉刀具有穿过叠加在该医疗锉刀上的齿的齿顶和齿根的标称线。

图4示出了图2的医疗锉刀，该医疗锉刀具有围绕图3的齿的齿顶和齿根的标称线设置的公差带。

图5是具有公差带的骨螺钉的图，该公差带具有其齿的齿顶和齿根。

图6示出了零件的图像，并且示出了零件的不同特征和特性。

图7是零件的齿顶和齿根检查的图。

图8是另一零件的齿顶检查的图。

图9示出了根据一个实施方式的可在用于确定具有齿的零件与参考图的符合性的方法中使用的用户界面。

图10示出了根据另一实施方式的锉刀的检查。

具体实施方式

在以下描述中，附图中的类似特征已被给予类似的附图标记或名称，并且为了不过度地妨碍附图，如果一些元件已经在一个或多个前述附图中被标识，则它们可能不在一些附图上被指示。在此还应当理解，附图的元件不一定按比例描绘，因为重点放在清楚地示出本实施方式的元件和结构上。

术语“一”、“一个”和“一种”在这里被定义为表示“至少一个”，即，除非另有说明，这些术语不排除多个元件。还应当注意，修饰示例性实施方式的特征的值、条件或特性的诸如“基本上”、“一般地”和“大约”的术语应当理解为表示该值、条件或特性被限定在对于该示例性实施方式的预期应用的适当操作而言可接受的公差内。

在本说明书中，术语“连接”、“联接”及其变型和派生词是指两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或联接。元件之间的连接或联接可以是机械的、声学的、物理的、光学的、操作的、电的、无线的或其组合。

应当理解，这里使用表示一个元件相对于另一个元件的位置或定向的位置描述符是为了描述的方便和清楚，并且除非另外指出，否则应当在附图的上下文中进行，而不应当认为是限制。应当理解，空间相对术语(例如，“外部”和“内部”以及“顶部”和“底部”)旨在包括除了图中示例的位置和定向之外的在本实施方式的使用或操作中的不同位置和定向。

概括地说，本技术涉及用于基于计算机辅助设计(CAD)图或任何其它参考图或文件来确定具有不均匀轮廓的零件是否在预定公差内的技术。应当注意，在当前公开的上下文中，表述“不均匀轮廓”是指包括至少一个齿根和/或齿顶的零件的外表面，与不包括这种齿根和/或齿顶的相对均匀的轮廓相反。值得注意的是，贯穿当前说明书，表述“不均匀轮廓”和“不连续轮廓”可以互换使用。类似地，表述“均匀轮廓”、“平滑轮廓”和“连续轮廓”在当前公开中也可以互换使用。

已知的方法，例如在美国专利No.US8,780,223、No.8,917,320和No.9,292,915中提出的方法，可以用于将零件与其参考文件进行比较，例如通过将零件的标称轮廓与被表征的零件的图像对齐，并且验证被表征的零件是否在沿着零件的整个轮廓的规定的公差带内，如图1所示(现有技术)。然而，具有不均匀轮廓的零件(即包括齿根和/或齿的零件，其示例在图2中示出)通常经受不同的检查要求。根据一个广泛的方面，提供了很好地适于自动确定具有不均匀轮廓的零件在齿根和齿顶所处的不均匀轮廓的部分处是否落入预定公差内的技术。值得注意的是，在具有不均匀轮廓的零件的情况下，有利的是评估齿顶和/或齿根(即，极值点本身)是否仅在齿顶和齿根标称线周围的规定或预定公差带内，而不考虑零件的其余部分(即，零件的非极值部分)。在此将提出的方法和相关系统(其特别地依赖于与参考图(例如CAD图或参考文件)的比较)允许实现这样的目的，即具体地确定形成不均匀轮廓的(一个或多个)齿顶和/或(一个或多个)齿根是否落入预定公差内。

现在转向图2至图10，将描述用于根据预定公差确定零件20与参考图的符合性的方法的不同实施方式。如前所述，并且如图2所示，使用这里公开的方法表征的零件20具有包括一个或多个齿根24和齿顶26的不均匀轮廓22。在一些实施方式中，预定公差从参考图中提取或者可以由用户提供。

该方法包括提供零件20的图像的步骤。提供零件20的图像的步骤可以包括使用相机或扫描仪生成图像。这样的步骤也可以被称为捕获图像的步骤。本领域技术人员将容易理解，可以使用相机或类似装置来执行捕获图像的步骤。

提供零件20的图像的步骤之后是将零件20的图像与参考图叠加的步骤。在该步骤期间，通常希望在所述叠加期间减小零件20的一些点与参考图之间的距离。

将零件20的图像与参考图叠加的步骤之后是将参考图与零件20的图像对齐的步骤。在一些实施方式中，将参考图与零件20的图像对齐包括校正参考图的平移或旋转。例如但不限于，通过考虑一个或多个基准、执行总体最佳拟合、根据最小平方回归模型使参考图与零件20的图像之间的距离最小化、在参考图上使齿根和齿顶中的至少一些拟合在预定公差内、使齿根或齿顶与参考图之间的最大偏差最小化、它们的任何组合和/或任何相关技术，可以实现将参考图与零件20的图像对齐。

在一些实施方式中，参考图可以与零件20的图像对齐，以便满足预定标准，例如但不限于零件20的标称几何形状(即，其理想轮廓)与零件20的实际几何形状之间的最小平方距离。

在一些实施方式中，该方法可包括仅基于参考图相对于齿根24或齿顶26的位置来改进参考图与零件20的图像的对齐。在一些实施方式中，该方法可以包括显示零件20的图像和与其对齐的参考图。

一旦实现了将参考图与零件20的图像对齐的步骤，该方法包括在零件20的图像上提供多个测量点28的步骤。在这方面，该方法包括在零件20的图像上确定齿根24和齿顶26中的至少一者沿着零件20的不均匀轮廓22的位置。该步骤允许识别(一个或多个)齿顶26和/或(一个或多个)齿根24沿着零件20的外周边的位置。该方法随后包括将齿根24和齿顶26中的所述至少一者的每个位置与对应的测量点28相关联，如图3所示。然后可以执行将零件20的图像与参考图进行比较以确定零件20对于每个测量点28是否在预定或预定义公差内的步骤。更具体地，该方法包括确定零件20的图像和参考图之间的距离，确定该距离是否落入预定公差内，并输出确定的结果。下面将更详细地描述这种确定的不同实施方式。

在一些实施方式中，在零件20的边缘和零件20的对应标称位置之间测量零件20的图像和参考图之间的距离。

在一些实施方式中，例如图3所示的实施方式中，参考图包括一个或多个标称轮廓30。在图3中，提供了四个标称轮廓(或线)，分别标记为30A、30B、30C和30D。例如，CAD图或参考文件可包含零件20的齿的(一个或多个)齿顶和/或(一个或多个)齿根的标称线。在这些实施方式中，并且如图4中更好地例示的，该方法可包括将每个标称轮廓30与公差带32A、32N、…、32N(总体称为公差带32)相关联，其中N是所提供的公差带的数量。应当注意，公差带32中的每一个可以包括正负公差、正正公差、负负公差或其任意组合。在一些实施方式中，公差带32沿着零件20的不均匀轮廓22是恒定的。在其它实施方式中，公差带32沿着零件20的不均匀轮廓22变化。例如，但不是限制性的，公差带32可以沿着零件20的不均匀轮廓22线性地变化。在图4所示的实施方式中，四个公差带32A、32B、32C和32D各自与四个标称轮廓30A、30B、30C和30D中的对应一个相关联。

在一些实施方式中，该方法可以包括确定形成在参考图中提供的每个标称轮廓30的实体。在这样的实施方式中，该方法还可以包括确定形成每个标称轮廓30的实体之间的连接性。

在一些实施方式中，确定齿根24和齿顶26中的所述至少一者的位置包括确定零件20的图像的边缘轮廓、横穿形成标称轮廓30的实体以及确定在参考图上的零件的标称位置和图像上的零件20的对应边缘之间测量的距离的变化。

在一个实施方式中，提供了在参考图中提供标称齿顶线和标称齿根线的步骤。该步骤可包括确定标称齿顶线和齿根线的连续性。该信息可以用于确定零件20的图像的边缘轮廓，然后可以横穿该边缘轮廓。基于边缘轮廓与参考图标称线的偏差，可以执行确定齿轮廓的步骤。该方法然后包括分析齿轮廓以定位齿顶26点和齿根24点，并对于齿顶26中的每一个和齿根24中的每一个(而不是沿着零件的整个周边)检验这些齿顶26点和齿根24点是否在公差带32内，从而确定零件20是否落入公差带内。这些步骤可以实时、接近实时或在实况视频流上执行。

在一些实施方式中，该方法可以包括基于预定标准对伪影进行过滤。伪影的非限制性示例包括电子噪声、污染和假峰。

在一些实施方式中，可以实时、接近实时、在单个图像上、在一系列图像上或在实况视频流上提供确定的结果。

在一些实施方式中，该方法还包括表征齿顶或齿根的至少一个特性。这些特性的非限制性示例是齿距34、齿间距36、齿高38、零件20的大直径40和零件20的小直径42，如图6所示。

在一些实施方式中，该方法还包括输出总体通过或未通过判定，该总体通过或未通过判定基于针对每个测量点28所作的确定的结果的组合。该总体通过或未通过判定可以基于齿根24和齿顶26中的所述至少一者的特性。

根据检查要求，该方法可以适于显示不同类型的信息。在一些实施方式中，该方法可以包括在零件20的图像上显示在齿根24和齿顶26中的所述至少一者处的总体通过或未通过判定的结果。该方法还可以包括在零件20的图像上显示齿根24和齿顶26中的所述至少一者的特性。该方法还可以包括在零件20的图像上显示与齿根24和齿顶26中的所述至少一者相关联的测量点28。该方法还可以包括在零件20的图像上显示在零件20的图像和参考图之间所确定的距离。该方法还可以包括显示确定的结果。

例如但不限于，在不是需要被检查的零件的整个轮廓而是其极值点的情况下，本文描述的技术可以是有用的。齿顶26和齿根24仅用作极值点的目的性示例，并且当前技术可以应用于其它类型的极值点。而且，应当注意，CAD图通常由多个实体组成，因此轮廓的“标称位置”图可以由许多(连接的)实体组成。存在不同类型的实体，包括但不限于线、圆弧、椭圆弧、曲线等。

现在将描述本技术的其它方面。

图2示出了零件20可以由医疗锉刀来实施。当然，人们将容易理解，存在零件的许多其它示例，这些零件呈现带齿的不均匀轮廓22，例如但不限于螺钉、带槽的器械和齿轮。例如，图5示出了骨螺钉。应当注意，在图5的示例中，用于其齿的齿顶26和齿根24的公差带32叠加在骨螺钉的图像上。

现在回到图3，示出了轮廓的最大和最小位置的标称线30A、30B、30C和30D。如图所示，标称线30A至30D与齿的对应齿顶26和齿根24相关联，更具体地说，经过齿顶26和齿根24中的每一者。在图4中，如上所述，在这些标称线30A至30D周围添加了公差带32。图4示出了在此描述的技术相对于已知技术的优点之一，因为先前开发的方法检查零件20沿着轮廓的整个长度在公差带内，这对于诸如带齿的轮廓(并且其中仅极端的齿顶点和齿根点需要落入公差带内)将是不适合的，并且因此将系统地使具有齿的所有零件20不通过，甚至是好的那些。在当前方法中，齿顶26和齿根26被定位并且仅在齿的齿顶26和齿根24(即测量点28)处进行评估的事实减轻了或至少最小化了这个挑战。

当前方法不依赖于绘制、描绘和/或分析具有齿的零件的完整轮廓，因为它将不应用适当的测试，即，它将验证整个零件的轮廓，而不仅仅是齿顶点和齿根点的轮廓，与规范所要求的相反。从实际的观点来看，将需要很大的努力来使零件20与参考图对齐。在一个示例中，关于骨螺钉，当螺钉围绕其纵向轴线旋转时，图像中的齿的位置向左或向右移动。一种可能性是正确地“顺时针旋转”螺钉，以便能够将其与完整的零件20轮廓进行比较。然而，在该情况下，将仅验证特定的“顺时针旋转”。为了确保在螺钉的另一“顺时针旋转”时齿在公差内，需要使用不同的轮廓。这种方法不仅不能满足规范，而且也是非常不切实际的。这样，在齿顶和齿根评估零件20和参考图之间的偏差仅允许排除上述问题。

在一些实施方式中，该方法可被认为是CAD Auto-Pass/Fail^TM齿检查工具，因此可与CAD Auto-Pass/Fail^TM技术兼容。

应当注意，本文中给出的技术没有假设零件20定向，即，在这方面没有附加的限制。

图7示出了一般情况的特写视图，其中存在四条标称线，并且检查包括验证零件20的顶部和底部轮廓，但仅在齿的齿顶26和齿根24区域中。顶部轮廓的标称线30A、30B与对应的公差带32A至32D相关联，底部轮廓的标称线30C、30D与对应的公差带32E至32H相关联。这种示例可被称为“齿顶和齿根”检查，并且与迄今为止已经描述的技术的不同实施方式兼容。在这种一般情况下，执行该方法以针对顶部和底部轮廓两者验证每个齿的末端(即，顶部或齿顶26)处于外部公差带内并且相邻齿之间的低点(即，底部或齿根24)也落入内部公差带内。

在一些实施方式中，该方法可适于处理用户仅关注每个齿的末端(即，顶部或齿顶26)的情况。也可以只检查齿根24。

在一些实施方式中，该方法可以是全自动的(全自动模式)。在其它实施方式中，该方法可以以手动模式操作。

一旦所有这些步骤都已经执行，就实现输出结果的步骤。例如但不限于，该方法可适于在屏幕上显示结果，例如，PASS/FAIL或(一个或多个)齿顶26和/或(一个或多个)齿根24与标称30的偏差。在一些实施方式中，可以输出结果。一旦被显示，可以执行指示零件20哪里通过(例如，默认为绿色)和/或其哪里未通过(例如，默认为红色)的可选步骤。

如上所述，该方法通常包括识别零件20、更具体地说是它们的齿顶26和齿根24是否落入预定公差内。因此，在一些实施方式中，该方法包括限定各种公差带32的步骤。在一些情况下，可以要检查零件20的多个轮廓或不同的外周边，每个可能具有一个或两个公差带32。例如，图7所示的应用具有顶部轮廓和底部轮廓，零件20的每侧一个。图7示出了两个公差带32与标称轮廓30A至30D中的每一个相关联的情况(即，每个轮廓的上公差带和下公差带)。

图8示出了一个示例性实施方式，其中仅齿顶26与对应的标称轮廓30A、30B相关联，并且其中提供了与上公差带和下公差带相对应的两个公差带32A、32B和32C、32D。当然，在图8中，公差带也可以与齿的齿根24相关联。

在该步骤之前，当标称轮廓由多个节段(有时称为“实体”)组成时，执行确定哪些实体在被组合在一起时限定标称轮廓的步骤，如上文已经呈现的。

在一些实施方式中，用户可以在执行该方法的软件中指示零件20的一部分(实体)应当经历“齿/螺纹检验器”测试以及齿顶或齿根位于哪个轮廓(即，顶部轮廓或底部轮廓)上。图9中示出了可以提供给用户的用户界面的非限制性示例，其呈现了用于设定实体的用户界面的屏幕捕捉，包括用户可以通过其选择和激活齿/螺纹验证的菜单50。

一旦已经执行了定义各种公差带的步骤，该方法可以包括预处理步骤，包括在齿顶或齿根的符合性的评估之前，一旦实体被定义就要执行的计算。这可以在执行运行时间计算(即，符合性的评估)之前完成一次。在该步骤中，可以调查和表征沿着每个轮廓的实体之间的连接。

为了理解实体如何沿着轮廓连接(即，“实体连接性”)，可以执行确定整个轮廓的极端点的步骤。极端点可以是轮廓上最远离彼此的两个点。一旦确定了极端点，就可以执行确定沿着轮廓的实体连接极端点的链路或路径的步骤。

一旦完成了上述步骤，就可以执行运行时间计算。这些计算包括捕获叠加的零件20的图像或将CAD与零件20的图像对齐，沿着构成轮廓的所有实体提供仪器的全分辨率的横截面。在一些实施方式中，这些横截面正交于实体，并且使用搜索范围和边缘阈值，可以实现对该横截面处的零件的边缘的位置的子像素精度的识别。在一些实施方式中，每个横截面处的边缘点被保存在存储器中以用于随后的分析。

如前所述，需要对具有齿的零件进行不同于具有相对平滑边缘或轮廓的零件的处理。实际上，正常的轮廓验证将把零件20作为一个整体来考虑。对于具有齿的零件，在计算期间，确定边缘位置，评估在齿顶和/或齿根的所有横截面处与标称值的偏差和通过/未通过结果，但是不考虑在齿顶和/或齿根以外的点处的通过/未通过结果。

一旦已经在沿着所有轮廓的实体的每个横截面处识别了边缘位置，则随后进行补充计算步骤，其中考虑轮廓中的每一个。在一个实施方式中，考虑四个轮廓：用于齿顶的顶部轮廓、用于齿根的顶部轮廓、用于齿顶的底部轮廓和用于齿根的底部轮廓。

更具体地说，该步骤包括以上述方式横穿每个轮廓，即，在轮廓的极端点中的一个极端点处开始，并且基于上述连接性，沿着实体的路径以到达轮廓的另一极端点。

在该步骤期间，通过分析所有横截面上的边缘点的顺序，识别齿顶轮廓上的齿顶点和齿根轮廓上的齿根点，随后是评估它们相对于预定公差的符合性。该方法可以适于考虑被设计为防止将小伪影和点缺陷宣告为“假峰”的阈值，所述小伪影和点缺陷例如但不限于小污染或电子噪声。这样，我们可以要求齿顶点的“高度”或齿根点的“深度”大于给定值(或预定值)。

在一个实施方式中，该方法是自适应的，并且可以包括在每个点，最小齿顶高度和最小齿根深度大于总公差带的一部分。这可以通过使用自适应阈值系数来实现。

用于查找所有齿顶的算法的一个实施方式包括以下步骤：

执行这些步骤，直到不再有点，即，直到基于其连接性已经横穿了整个轮廓。

用于查找所有齿根的算法的一个实施方式包括以下步骤：

执行这些步骤，直到不再有点，即，直到基于其连接性横穿了整个轮廓。

在算法的上述实施方式中，“Val”是在当前横截面处与标称几何形状的偏差。因为它是被分析以定位齿顶点和齿根点的、在每个横截面处的与标称几何形状的偏差，所以该方法不受零件的定向的影响(即，独立于零件的定向)。

一旦已经以上述方式识别了齿顶，则评估每个齿顶以确保它们都是轮廓通过测试的点，即，在公差带内。对齿根执行类似的方法。应当注意，每个测量点与齿的齿顶或齿根中的一者相关联。

一旦检查完成，可以以不同的形式输出结果。例如，但不限于，可以显示计算的边缘，可以显示在各个极值点处的通过/未通过结果，可以显示极值点(即，齿顶和/或齿根)，可以显示在各个极值点处零件与标称的偏差，或者可以显示任何其它信息化结果。

参照图10，提供了四个标称轮廓(或线)，分别标记为30A至30D。每个标称轮廓与对应的公差带32A至32D相关联。

一旦已经定位了与齿顶或齿根相关联的测量点，就可以实现表征齿顶或齿根的步骤。这种表征可包括但不限于检查齿距、齿间距、齿高、大直径和小直径和/或任何其它相关特性。如果与旋转台的使用相结合，该方法可以适于使用齿顶和齿根计算零件20的跳动。该步骤可以被称为结果的分析。

在一些实施方式中，先前的步骤可用于将零件20的图像与参考图自动对齐。应当注意，一旦齿顶点和齿根点已经被定位，它们就可以被用作现有解决方案的补充模块。在一个实施方式中，可以执行这些步骤以平移和旋转参考图(例如CAD图)，从而使齿顶和齿根最佳拟合到公差带，而不限于此，或者使零件20上所有齿顶和齿根到CAD图上的标称线的平方距离的和最小化。

在一些实施方式中，该方法可以适用于比捕获零件20的图像的相机或装置的视场更大的零件，这意味着本文中描述的技术决不限于相机的视场。在一些实施方式中，可以使用用于手动地或使用马达来移动零件20的编码台，从而允许检查大于视场的零件。

在一些实施方式中，该方法在软件中执行。该软件可以例如并且不限于与目前由

支持的相同CAD文件一起工作。在一些实施方式中，用户可以通过用户界面为实体设定所需的公差。软件可以适于允许使用均匀的或线性可变的公差或任何其它形式的公差变化。而且，支持正/负公差、正/正公差、负/负公差或在检查具有齿的零件的背景下可能有用的任何其它公差。在一些实现方式中，可以直接从CAD文件读入公差。

该方法或其步骤中的至少一些可以由处理器执行。处理器可以是零件20或连接到用于确定具有齿、齿顶和齿根的零件20与参考图的符合性的系统。在一个非限制性示例中，系统还可以包括非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有用于确定具有齿的零件20与参考图的符合性的计算机可执行指令，当由已经接收到零件20的图像的处理器执行时，计算机可执行指令使处理器将零件20的图像与参考图叠加，在零件20的图像上提供多个测量点，每个测量点与齿的对应齿顶或齿根相关联，并且将零件20的图像与参考图进行比较以确定零件20在每个测量点处是否在预定公差内。容易理解，以单数形式提及处理器、处理模块或处理单元并不意味着排除包括多个部件的系统，所述多个部件协作在一起以实现期望的处理功能。处理器的各种实施方式在本领域中是已知的。

在此已经描述的方法也可以使用数字光学比较器来执行。这种数字光学比较器具有用于所研究的零件20的保持器。光源可以用于照明零件20并将零件20的图像投射到相机或类似装置上。相机可以设置有光学部件，例如透镜。由相机捕获的图像可以显示在屏幕上，并且零件20的图因此可以叠加在零件20的显示图像上。因此，如先前已经描述的，可以轻易地和容易地识别制造中的在齿顶和齿根区域中的缺陷。此外，还可以视觉地和/或自动地确定零件20是否在公差内被制造的确定。

在此已经描述和说明了若干可替换的实施方式和示例。上述实施方式仅是示例性的。本领域技术人员将理解各个实施方式的特征，以及部件的可能组合和变化。本领域技术人员还将理解，任何实施方式可以与本文公开的其它实施方式任意组合地提供。因此，本示例和实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。因此，虽然已经示出和描述了具体实施方式，但是可以想到许多修改而不显著脱离当前描述中限定的范围。

Claims

1.一种用于根据预定公差确定零件与参考图的符合性的方法，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述方法包括：

提供所述零件的图像；

将所述零件的图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的所述图像对齐；

在所述零件的所述图像上确定所述齿根和所述齿顶中的至少一者沿着所述零件的所述不均匀轮廓的位置；

对于每个测量点：

确定所述零件的所述图像与所述参考图之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐包括校正所述参考图的平移或旋转。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐是通过考虑一个或多个基准来执行的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐是通过执行总体最佳拟合来实现的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐是通过根据最小平方回归模型使所述参考图与所述零件的所述图像之间的距离最小化来执行的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐包括在所述参考图上使所述齿根和齿顶中的至少一些拟合在所述预定公差内。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，将所述参考图与所述零件的所述图像对齐包括使所述齿根或齿顶与所述参考图之间的最大偏差最小化。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述方法还包括仅基于所述参考图相对于所述齿根或所述齿顶的位置来改进所述参考图与所述零件的图像的对齐。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述零件的所述图像与所述参考图之间的所述距离是在所述零件的边缘与所述零件的对应标称位置之间测量的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述参考图包括一个或多个标称轮廓。

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括将每个标称轮廓与公差带相关联。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，每个公差带包括正负公差、正正公差、负负公差或它们的任意组合。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓是恒定的。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述公差带沿着所述零件的所述不均匀轮廓线性地变化。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，所述方法还包括确定形成每个标称轮廓的实体，所述标称轮廓在所述参考图中被提供。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括确定形成每个标称轮廓的所述实体之间的连接性。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，确定所述齿根和所述齿顶中的所述至少一者的位置包括：

确定所述零件的所述图像的边缘轮廓；

横穿形成所述标称轮廓的所述实体；以及

19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，所述方法还包括基于预定标准对伪影进行过滤。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述伪影包括以下中的至少一者：电子噪声、污染和假峰。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中，所述参考图是计算机辅助设计(CAD)图。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述预定公差从所述参考图中提取或由用户提供。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中，实时地、接近实时地、在单个图像上、在一系列图像上、或在实况视频流上提供所述确定的结果。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其中，提供所述零件的所述图像包括使用相机或扫描仪生成所述零件的所述图像。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，所述方法还包括显示所述零件的所述图像和与所述零件的所述图像对齐的所述参考图。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，所述方法还表征所述齿顶或齿根的至少一个特性。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述齿顶或齿根的特性包括齿距、齿间距、齿高、所述零件的大直径和所述零件的小直径。

28.根据权利要求26或27所述的方法，所述方法还包括输出总体通过或未通过判定，所述总体通过或未通过判定是基于针对每个测量点做出的确定的结果的组合的。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述总体通过或未通过判定还是基于所述齿根和齿顶中的所述至少一者的特性的。

30.根据权利要求28或29所述的方法，所述方法还包括在所述零件的所述图像上显示在所述齿根和齿顶中的所述至少一者处的所述总体通过或未通过判定的结果。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述零件的所述图像上显示所述齿根和齿顶中的所述至少一者的特性。

32.根据权利要求1至31中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述零件的所述图像上显示与所述齿根和齿顶中的所述至少一者相关联的所述测量点。

33.根据权利要求1至32中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述零件的所述图像上显示所述零件的所述图像与所述参考图之间的所确定的距离。

34.根据权利要求1至33中任一项所述的方法，所述方法还包括显示所述确定的结果。

35.一种用于根据预定公差确定零件与参考图的符合性的方法，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述方法包括：

提供所述零件的图像；

将所述零件的所述图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的所述图像对齐；

对于每个测量点：

仅基于所述参考图相对于所述齿根和齿顶中的所述至少一者的位置，改进所述参考图与所述零件的所述图像的对齐；

在改进所述对齐之后，确定所述图像上的所述零件的边缘和所述零件的对应标称位置之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果；以及

表征所述齿根和齿顶中的所述至少一者的一个或多个特性；

输出总体通过或未通过判定，所述总体通过或未通过判定是基于针对每个测量点所做出的所述确定的结果或所述齿根和齿顶中的所述至少一者的所述一个或多个特性的组合的；以及

显示所述总体通过或未通过判定。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个特性包括齿距、齿间距、齿高、所述零件的大直径和所述零件的小直径中的至少一者。

37.一种用于将零件与参考图进行比较的系统，所述零件具有包括齿根和齿顶的不均匀轮廓，所述系统被构造成用于提供所述零件的图像，所述系统包括处理器，所述处理器被构造成用于根据预定公差确定所述零件与所述参考图的符合性，所述处理器被构造成用于：

将所述零件的所述图像与所述参考图叠加；

将所述参考图与所述零件的所述图像对齐；

对于每个测量点：

确定所述零件的所述图像与所述参考图之间的距离；

确定所述距离是否落入所述预定公差内；以及

输出所述确定的结果。