CN211085120U - 一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，属于齿轮测量技术领域，包括底座，托板，支撑板，固定块，底座顶部一侧固定安装有固定杆，底座另一侧固定内嵌有凹槽，底座底部转动连接有调节螺母。本实用新型提供一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，该装置通过对目标检测齿轮的拍摄，得到目标物体图像，对目标物体的图像进行灰度处理、二值化、中值滤波、过滤较大噪音、对检测的物体的特征图像进行检测计算，得到齿轮的多个参数，测量准确度高，对齿轮无损伤。

Description

一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，该系统对拍摄物体设置了正反面光源以获得齿轮的图像，通过对齿轮图像的运算和处理，实现对齿轮的非接触测量。

背景技术

随着我国工业化水平不段提高，齿轮的使用也在不断增加。在精密传动机械装置、仪器仪表、航空航天等机械装置中中小模数的齿轮使用广泛。在生产中为保证齿轮的合格性，需要对齿轮的几何参数做出测量。传统的人工接触式测量方法测量数据多，容易划伤加工好的齿面，且受测量人员的情绪、熟练度等因素的影响，测量结果不稳定，且小模数齿轮但受到其几何形状的影响，其在测量时装夹困难，而通过机器视觉技术获取到齿轮基本图像，对其处理和检测，实现对齿轮的非接触检测。

实用新型内容

本实用新型旨在解决，现有的人工接触式测量方法测量数据多，容易划伤加工好的齿面，且受测量人员的情绪、熟练度等因素的影响，测量结果不稳定，且小模数齿轮但受到其几何形状的影响，其在测量时装夹困难，通过对目标检测齿轮的拍摄，得到目标物体图像，对目标物体的图像进行灰度处理、二值化、中值滤波、过滤较大噪音、对检测的物体的特征图像进行检测计算，得到齿轮的多个参数，测量准确度高，对齿轮无损伤。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，包括底座，托板，支撑板，固定块，所述底座顶部一侧固定安装有固定杆，所述底座另一侧固定内嵌有凹槽，所述底座底部转动连接有调节螺母；

所述支撑板顶部两侧固定安装有条形光源，所述支撑板顶部四角固定设置有升降柱，所述升降柱顶端固定连接有托板；

所述托板顶部中心固定设置有放置柱，所述托板中心固定内嵌有通光槽，且所述通光槽设置于放置柱外部，所述托板底部中心两侧固定有反光镜，所述托板中间四侧固定内嵌有滑槽，所述滑槽内部活动连接有滑块，所述滑块顶部固定设置有磁条；

所述固定块内部中间转动连接有连接杆，所述连接杆外部固定安装有相机，所述相机底部固定连接有环形光源。

进一步优选方案：所述支撑板与固定块外部一侧固定连接有连接块，且所述连接块设置有弹性按钮，活动连接于固定杆外部。

进一步优选方案：所述凹槽内部填充有惰性液体，所述凹槽内部设置有平衡浮子，且所述平衡浮子两端尖锐，水平状态下位于凹槽中间。

进一步优选方案：所述两条形光源设置于相邻的两侧，且所述两条形光源位于通光槽的正下方外侧。

进一步优选方案：所述相机位于固定块中心位置，且相机底部中心、环形光源中心、放置柱中心位于同一竖直线上。

进一步优选方案：所述调节螺母共设置有四个，所述调节螺母与底座对应的螺孔转动连接，调节螺母高度小于底板厚度。

本实用新型提供了一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过平衡浮子可以快速、准确的判断装置是否水平，再通过平衡螺母进行调节，使平衡浮子位于凹槽内部正中心，避免装置不平衡影响成像结果及测量精准度。

2、本实用新型优点在于通过放置柱将待测齿轮的中心固定于托板的中心之上，通过磁条的移动对齿轮的底部进行进一步固定，有利于待测齿轮更好成像，避免在测量过程中齿轮发生移动影响测量精度。

3、最后通过环形光源为待测齿轮提供照明，通过通光槽使光线顺利进入，照亮待测齿轮，通过调节反光镜的角度，将光源进行反射，调整进入通光槽的光线亮度，以此达到最佳成像效果，使得计算机更好的进行仿真，加快计算结果，同时提升精准度。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型整体结构另一视角示意图。

图3为本实用新型整体结构另一状态示意图。

图4为本实用新型图像处理流程示意图。

1-3中：1、固定杆；2、连接块；3、放置柱；4、滑块；5、升降柱；6、支撑板；7、底座；8、调节螺母；9、平衡浮子；10、凹槽；11、通光槽；12、磁条；13、滑槽；14、托板；15、环形光源；16、相机；17、固定块；18、连接杆；19、反光镜；20、条形光源；21、弹性按钮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图1-4，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

请参阅图1至4：

本实施例提供进一步优选方案一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，包括底座7，托板14，支撑板6，固定块17，底座7顶部一侧固定安装有固定杆1，底座7另一侧固定内嵌有凹槽10，底座7底部转动连接有调节螺母8；

支撑板6顶部两侧固定安装有条形光源20，支撑板6顶部四角固定设置有升降柱5，升降柱5顶端固定连接有托板14；

托板14顶部中心固定设置有放置柱3，托板14中心固定内嵌有通光槽11，且通光槽11设置于放置柱3外部，托板14底部中心两侧固定有反光镜19，托板14中间四侧固定内嵌有滑槽13，滑槽13 内部活动连接有滑块4，滑块4顶部固定设置有磁条12；

固定块17内部中间转动连接有连接杆18，连接杆18外部固定安装有相机16，相机16底部固定连接有环形光源15。

进一步的，支撑板6与固定块17外部一侧固定连接有连接块2，且连接块2设置有弹性按钮21，活动连接于固定杆1外部，通过弹性按钮21调节连接块2在固定杆1上的高度，进而调节待测齿轮与相机16之间的距离。

进一步的，凹槽10内部填充有惰性液体，凹槽10内部设置有平衡浮子9，且平衡浮子9两端尖锐，水平状态下位于凹槽10中间，通过平衡浮子9可以快速、准确的判断装置是否水平。

进一步的，两条形光源20设置于相邻的两侧，且两条形光源20 位于通光槽11的正下方外侧，通过条形光源20为待测齿轮提供光线照明，通过通光槽11使光线顺利进入，照亮待测齿轮。

进一步的，相机16位于固定块17中心位置，且相机16底部中心、环形光源15中心、放置柱3中心位于同一竖直线上，通过连接杆18调整相机16拍摄角度，从不同角度进行拍摄测量，保证结果的准确性。

进一步的，调节螺母8共设置有四个，调节螺母8与底座7对应的螺孔转动连接，调节螺母8高度小于底座7厚度，通过调节螺母8 进行调节，使平衡浮子9位于凹槽10内部正中心，避免装置不平衡影响成像结果及测量精准度。

工作原理：本实用新型用于检测目标齿轮的各个参数，一种基于机器视觉的额齿轮多参数测量装置，首先操作者将装置正确进行安装及连接，再将装置底座7放置在水平的工作台上进行测量工作，通过平衡浮子9可以快速、准确的判断装置是否水平，再通过调节螺母8进行调节，使平衡浮子9位于凹槽10内部正中心，避免装置不平衡影响成像结果及测量精准度，通过弹性按钮21调节连接块2在固定杆1上的高度，进而调节待测齿轮与相机16之间的距离；其次在确保装置水平后，将待测齿轮中心穿过放置柱3放置在托板14上，通过滑块4在滑槽13内的移动，带动磁条12进行移动，将磁条12 移动至齿轮的底部对齿轮进行进一步固定，避免在测量过程中齿轮发生移动影响测量精度；然后，通过调节反光镜19的角度，将光源进行反射，调整进入通光槽11的光线亮度，以此达到最佳成像效果，使得计算机更好的进行仿真，加快计算结果，同时提升精准度，最后通过环形光源15为相机16提供光线，提升相机16拍照时的成像速度及效果，通过连接杆18调整相机16拍摄角度，从不同角度进行拍摄测量，保证结果的准确性。

具体测量方式:将被测齿轮放置于托板(14)上，通过计算机中程序采集到目标检测物体的图像，并在Matlab中对采集到的图像进行灰度处理、二值化、滤波、检测物体的几何中心定位等处理，进而得到齿轮的齿顶圆、齿根圆、模数、齿数参数，实现对齿轮的几何参数的测量。

通过CCD相机采集到被检测物体的图像，在Mallab中对图像进行处理。在对目标物体进行拍摄时为增强物体于背景的对比度，在托板(14)下方设置了两个条形光源及齿轮的上方放置了一个环形光源，调节光源的亮度使得系统CCD相机获得轮廓清晰的齿轮图像。

为确定齿轮表面点的三维位置和测量系统之间的相互关系，对相机进行标定确定相机的内外参数，通过Matlab的undistortImage 函数对采集的图像进行校正。

图像的灰度处理，将拍摄得到的全彩图像进行处理得到灰度图并对其进行二值化处理，并对其进行中值滤波过滤图像中噪声，为了解决背景环境中较大的噪声，通过bwareaopen函数对图像中较大的噪声进行剔除。并将齿轮的中心孔补全。

为得到齿轮的齿数，通过regionprops、rp.ConvexHull函数寻找到到包含整个齿轮所有齿顶的圆形并缩小该圆形，将齿顶露出，将齿顶部分外的齿轮中心去除，计算剩下的齿顶个数，得到齿轮的齿数。

之后对计算齿轮的几何中心，通过regionprop中的pixelList 图像每一列的起始坐标值，对齿轮区域创建函数 pdist(x,distance),distance计算其到齿轮几何中心的距离，得到齿轮的齿顶圆和齿根圆。

其距离等于

其中(x，y)为PixelLIst中的每一列的起始坐标，(x₁，y₁) 为齿轮的中心。

然后通过对计算得到的齿轮的齿顶圆直径、齿根圆直径及齿数对齿轮的模数进行计算。其中由国家标准由渐开线圆柱齿轮的ha^*＝1， c^*＝0.25。

得到模数

通过在Matlab中建立国家标准GBT 1357-2008 中通用机械齿轮模数表，通过计算得到的模数与标准模数做差，求其中最小值，即最靠近计算值的标准模数值，返回在模数表中模数的大小，即得到齿轮的模数。

之后通过窗口显示出齿轮参数计算过程中每个步骤的图像，并输出计算得到的齿轮的各个参数。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对应本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，包括底座(7)，托板(14)，支撑板(6)，固定块(17)，其特征在于：所述底座(7)顶部一侧固定安装有固定杆(1)，所述底座(7)另一侧固定内嵌有凹槽(10)，所述底座(7)底部转动连接有调节螺母(8)；

所述支撑板(6)顶部两侧固定安装有条形光源(20)，所述支撑板(6)顶部四角固定设置有升降柱(5)，所述升降柱(5)顶端固定连接有托板(14)；

所述托板(14)顶部中心固定设置有放置柱(3)，所述托板(14)中心固定内嵌有通光槽(11)，且所述通光槽(11)设置于放置柱(3)外部，所述托板(14)底部中心两侧固定有反光镜(19)，所述托板(14)中间四侧固定内嵌有滑槽(13)，所述滑槽(13)内部活动连接有滑块(4)，所述滑块(4)顶部固定设置有磁条(12)；

所述固定块(17)内部中间转动连接有连接杆(18)，所述连接杆(18)外部固定安装有相机(16)，所述相机(16)底部固定连接有环形光源(15)。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，其特征在于：所述支撑板(6)与固定块(17)外部一侧固定连接有连接块(2)，且所述连接块(2)设置有弹性按钮(21)，活动连接于固定杆(1)外部。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，其特征在于：所述凹槽(10)内部填充有惰性液体，所述凹槽(10)内部设置有平衡浮子(9)，且所述平衡浮子(9)两端尖锐，水平状态下位于凹槽(10)中间。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，其特征在于：所述两条形光源(20)设置于相邻的两侧，且所述两条形光源(20)位于通光槽(11)的正下方外侧。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，其特征在于：所述相机(16)位于固定块(17)中心位置，且相机(16)底部中心、环形光源(15)中心、放置柱(3)中心位于同一竖直线上。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉齿轮多参数测量装置，其特征在于：所述调节螺母(8)共设置有四个，所述调节螺母(8)与底座(7)对应的螺孔转动连接，调节螺母(8)高度小于底座(7)厚度。

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