DE19840969A1

DE19840969A1 - Verfahren und Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern

Info

Publication number: DE19840969A1
Application number: DE19840969A
Authority: DE
Inventors: Arno Rutschke; Volker Bartelt; Christian Pahud
Original assignee: Oerlikon Geartec AG
Current assignee: KLINGELNBERG AG, ZUERICH, CH
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: US6148098A; DE19840969C2

Abstract

Beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern. Die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades (24) eines zu prüfenden Zahnradpaares (22, 24) werden durch Auftragen eines Markiermittels markiert. Im Betrieb bilden sich auf den Zahnflanken an deren Berührungsstellen Tragbilder (28). Diese werden als ein erstes digitales Bild aufgenommen und gespeichert. Das erste digitale Bild dient zum Ermitteln eines zweiten digitalen Bildes, das den Umriß der Zahnflanke enthält. Aus dem ersten digitalen Bild wird ein drittes digitales Bild bestimmt, welches das Tragbild (28) enthält. Das zweite und das dritte digitale Bild werden einander überlagert zum Bestimmen eines vierten digitalen Bildes der Zahnflanke, das deren Umriß und darin einbeschrieben deren Tragbild enthält und zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes in Bezug auf den Umriß auswertbar ist. Vorteilhaft ist, daß sich das Tragbild ermitteln und auswerten läßt, ohne daß eine Solldarstellung des Tragbildes oder überhaupt ein Vergleichsbild vorab zur Verfügung stehen muß. Es ist ein universelles Verfahren, bei dem zur Auswertung der tatsächliche Umriß der Zahnflanken des markierten Zahnrades des zu prüfenden Zahnradpaares herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Pa tentansprüche 1 bzw. 16 angegebenen Art.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der US 5 373 735 be kannt. Das Lauf- und Geräuschverhalten oder, allgemeiner, die Qualität von mitein ander im Eingriff befindlichen Zahnrädern wird entscheidend durch die Größe, die Form und die Lage des Tragbildes geprägt, d. h. durch diejenige Fläche, in welcher sich zug- oder schubseitige Zahnflanken eines Zahnradpaares berühren. Bei einem Kegelradpaar, bestehend aus Tellerrad und Ritzel, deren Zähne in Längs- und Profil richtung gekrümmt sind, ist es besonders wichtig, daß Lage und Größe des Tragbil des für den jeweiligen Anwendungsfall optimal realisiert sind. Im Stand der Technik gibt es deshalb verschiedene Verfahren, um das Tragbild an Zahnflanken eines Zahnradpaares zu ermitteln. Anhand des ermittelten Tragbildes lassen sich dann Korrekturen für den Herstellungsprozeß oder die Einbaulage der geprüften Zahn radpaare vornehmen.

Die o. g. US 5 373 735 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Tragbildes, wobei mit Hilfe eines Sprühsystems ein Teil des Zahnrades mit ei nem Markiermittel überzogen wird, so daß sich im Betrieb des Zahnradpaares das Tragbild wie ein Fingerabdruck ergibt. Durch stroboskopisches Beleuchten des Zahn rades läßt sich das Tragbild im Betrieb sichtbar machen. Mittels eines Bildverarbei tungssystems lassen sich die ermittelten Tragbilder auswerten. Hierbei wird im Be trieb ein Zahnrad des Zahnradpaares, das auf einem in zwei Achsen beweglichen Schlitten montiert ist, verstellt, um die Qualität des Zahneingriffes zu verbessern. Ei ne quantitative Auswertung der einzelnen Tragbilder an sich hinsichtlich Größe und Lage ist weder vorgesehen noch möglich. Die Auswertung erfolgt lediglich im Ver gleich mit einem zuvor aufgenommenen Vergleichsbild.

Ähnliches gilt für ein Verfahren zum Ermitteln der Tragbildqualität eines Zahnrades, das aus Patents Abstracts of Japan, Band 15, Nr. 287, 140 P 1229, 22. Juli 1991, bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird auf die Zahnflanken eines Zahnradpaares Farbe aufgetragen. Die Tragbilder werden mit einer Kamera aufgenommen und aus gewertet, um feststellen zu können, in wieweit das Tragbild im Betrieb auf der Zahn flanke wandert.

Aus der US 5 610 994 ist ein Verfahren zur digitalen Abbildung eines Tragbildes be kannt. Die Auswertungsmöglichkeiten sind besser als in den beiden vorgenannten Fällen, weil das aufgenommene Tragbild in eine Gittermatrix eingeschrieben wird. Zu diesem Zweck ist es aber erforderlich, daß ausreichende Daten über das betreffende Zahnradpaar zur Verfügung stehen, aus denen sich theorethisch korrekte Zahnober flächen berechnen, auf einem Monitor darstellen, mit dem Matrixgitter überziehen und mit den ermittelten Tragbildern überlagern lassen, um eine Auswertung zu er möglichen. Die Auswertung besteht darin, daß aus allen ermittelten Tragbildern durch Überlagerung ein konsolidiertes Tragbild ermittelt wird, das für alle Zahnflan ken des betreffenden Zahnrades repräsentativ ist. Dieses bekannte Verfahren ist nicht anwendbar, wenn keine Zahnraddaten verfügbar sind, aus denen sich eine theorethisch korrekte Zahnflankenoberfläche ermitteln läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen sich Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern optoelektronisch auf einfa che Weise einzeln für jede Zahnflanke ermitteln lassen, ohne daß vorab ein Ver gleichsbild vorhanden sein oder hergestellt werden muß.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Schritte umfaßt, bzw. durch eine Vorrichtung, die die im Anspruch 16 angegebenen Merkmale aufweist.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung wird aus dem aufge nommenen Bild, das wenigstens eine Zahnflanke mit ihrem Tragbild zeigt, wenig stens ein ausreichender Teil des Umrisses jeder Zahnflanke des zu prüfenden Zahn rades ermittelt, um ein Referenzsystem zu schaffen, anhand welchem später Größe und Lage des Tragbildes auf der Zahnflanke ermittelt werden können. Weiter wird das Tragbild der Zahnflanke extrahiert und dann in den ermittelten Teil des Umrisses eingeschrieben. Das dadurch erhaltene Bild läßt sich zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes in Bezug auf den Umriß vermessen. Für das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung muß keine Solldarstellung des Tragbildes und auch kein theoretisch korrektes Flankenbild oder überhaupt ein Vergleichsbild vorab zur Verfügung stehen, damit das Tragbild nach Lage und Größe ermittelt werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung ist ein universelles Verfahren, bei dem zur Aus wertung der tatsächliche Umriß der Zahnflanken des markierten Zahnrades des zu prüfenden Zahnradpaares herangezogen wird.

Die Vorrichtung umfaßt erfindungsgemäß die im Anspruch 16 angegebenen Merk male, um die Lage und die Größe des tatsächlichen Tragbildes in Bezug auf den Umriß der Zahnflanke bestimmen zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bilden die Gegen stände der Ansprüche 2 bis 15.

Wenn in einer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung in dem Schritt (a) die Zahnflanken des markierten Zahnrades mit wenigstens einer Zeilenkamera auf genommen und in einer Bildmatrix als ein erstes digitales Grauwertbild zeilenweise abgespeichert werden, das eine Vielzahl von Bildpunkten enthält, die jeweils einen Grauwert besitzen, ergeben sich bedeutsame Vorteile. Durch den Einsatz der Zeilen kamera werden die einzelnen Bildpunkte ortsfest aufgenommen. Hierdurch ergeben sich für Bildpunkte gleicher Zeilenposition gleiche Beleuchtungsverhältnisse. Die Beleuchtung der Zähne hat somit nur einen geringen Einfluß auf die Auswertung.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung, gemäß welcher den Bildpunkten Grauwerte zwischen 0 und 255 zugeordnet werden, ist aus der oben bereits erwähnten US 5 287 293 an sich bekannt, allerdings nur in Verbindung mit der Inspektion der Konturen eines Zahnrades, nicht aber in Verbindung mit der Er mittlung der Lage und der Größe von Tragbildern an Zahnflanken eines Zahnrades.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich das erste di gitale Grauwertbild hochpaßfiltern, um die Umrißlinien der Zahnflanken stärker her vorzuheben. Hierfür wird ein softwaremäßig realisiertes rekursives zweidimensiona les Filter eingesetzt.

Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung jedem Bildpunkt durch Vergleich seines Grauwertes mit einem ersten Schwellwert ein erster oder zweiter Binärwert zugeordnet wird, ergibt sich durch die Beschränkung auf zwei Grauwerte eine Beschleunigung und Vereinfachung der Weiterverarbeitung des di gitalen Grauwertbildes.

Das Wählen von einem über 200 liegenden Wert als ersten Schwellenwert ist eine verfahrensbedingte Festlegung, die in einer besonderen Ausgestaltung des Verfah rens nach der Erfindung vorteilhaft ist. Die Ermittlung des ersten Schwellwertes er folgt dabei automatisch anhand eines Histogramms.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung kann für die Ermittlung der Lage und der Größe des Tragbildes jeder Zahnflanke ein Teil des Umrisses aus reichend sein. Am einfachsten ist die Auswertung selbstverständlich dann, wenn ein vollständiger geschlossener Umriß ermittelt wird.

Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung das erste digitale Grauwertbild extrahiert wird, indem ein Histogramm desselben mit einem zweiten Schwellwert ausgewertet wird, so daß das dritte digitale Bild im Bereich der Zahn flanke die Tragbilder als geschlossene Flächen enthält, so stellt das eine sehr schnelle Möglichkeit dar, das erste Grauwertbild auszuwerten.

Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung das zweite digi tale Bild und das dritte digitale Bild überlagert werden, ergibt sich die Möglichkeit, Lage und Größe des Tragbildes auf einfache Weise in Bezug auf den Umriß als Re ferenzsystem zu ermitteln.

Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung jeder Bildpunkt des vierten digitalen Bildes durch eine mathematische Transformation, die Form und Krümmung jeder Zahnflanke berücksichtigt, in eine entzerrte Darstellung überführt wird, die einer in eine Ebene abgewickelten Darstellung der Zahnflanke entspricht, so ergeben sich für die Auswertung besondere Vorteile. Erstens ergibt sich dadurch ei ne Darstellung, die der Anwender aus seinem Arbeitsumfeld kennt und die er des halb durch visuelle Betrachtung gut interpretieren und zuordnen kann. Zweitens kön nen die bei der Auswertung gewonnenen Lage- und Größeninformationen direkt maßstäblich, z. B. in Millimeter, angegeben werden.

Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung die digitalen Bil der jeweils durch Überlagern und Mitteln der Aufnahme von mehreren Zahnflanken erzeugt werden, so läßt sich durch einen Meßvorgang ein Gesamtüberblick über die Qualität des Zahnradpaares ermitteln.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung bilden die Gegen stände der Ansprüche 17 bis 25.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit zwei Kameras zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern,

Fig. 2 ein von einer der Kameras in Fig. 1 aufgenommenes Bild der schub- oder zugseitigen Zahnflanken mit den Tragbildern der Zähne eines Tellerrades eines zu prüfenden Kegelradpaares mit in Längs- und Profilrichtung gekrümmten Zähnen in Form eines ersten digitalen Grauwertbildes,

Fig. 3 eine hochpaßgefilterte Version des digitalen Grauwertbildes nach Fig. 1, in welcher Grauwertsprünge wie an den Umrißlinien der Zahnflanken stärker hervorgehoben sind,

Fig. 4 das Grauwertbild nach Fig. 3 nach Verarbeitung mit einem Schwellwert und Binarisierung der einzelnen Bildpunkte,

Fig. 5 das Bild einer Zahnflanke nach Fig. 4, nachdem der Flankenumriß durch Bildverarbeitung geschlossen worden ist,

Fig. 6 ein Histogramm zu dem Bild nach Fig. 2,

Fig. 7 eine durch Binarisierung des Bildes nach Fig. 2 erhaltene Darstel lung einer Bildmatrix der Zahnflanken, die die Tragbilder als schwarze geschlossene Flächen enthält,

Fig. 8 ein Bild der Zahnflanke mit geschlossener Umrißlinie nach Fig. 5 und einbeschriebenem Tragbild nach Fig. 7 nach Invertierung der Bildmatrix,

Fig. 9 die Darstellung nach Fig. 8 in entzerrter Form,

Fig. 10a-10d verschiedene Schritte eines Ausführungsbeispiels der Auswertung der Bilddarstellung nach Fig. 8 oder 9, und

Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens und der Vor richtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum optoelektronischen Er mitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern insgesamt mit 20 bezeich net. Als zu prüfende Zahnräder ist ein Kegelradpaar bestehend aus einem Ritzel 22 und einem Tellerrad 24 dargestellt. Eine Farbsprühanlage 26 dient zum Auftragen eines Markiermittels auf die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades des zu prü fenden Kegelradpaares zur Sichtbarmachung von im Betrieb entstehenden Tragbil dern 28. Zwei Zeilenkameras 30 bzw. 32 sind auf die Stelle gerichtet, an welcher die Tragbilder auf den Zahnflanken des Tellerrades 24 sichtbar sind. Eine Zeilenkamera dient zur Aufnahme der zugseitigen Zahnflanken, die andere zur Aufnahme der schubseitigen Zahnflanken des markierten Tellerrades 24. In dem hier beschriebe nen Ausführungsbeispiel dient die Zeilenkamera 32 zur Aufnahme von Grauwertbil dern. Deren Ausgang ist mit einem A/D-Wandler 34 verbunden, der Teil eines insge samt mit 36 bezeichneten Bildverarbeitungssystems ist. Die Verbindung zwischen der Kamera 32 und dem A/D-Wandler besteht aus einer Leitung 38 in Form eines Signalkabels, vorzugsweise eines Koaxialkabels. Die Analogsignale der Kamera 32, die durch den A/D-Wandler 34 in Digitalsignale umgewandelt worden sind, werden in einen Bildspeicher 40 eingelesen. Der Bildspeicher 40 ist über einen Bus 42 mit ei nem Computer 44 verbunden. Ein mit dem Ausgang des A/D-Wandlers 34 verbun dener D/A-Wandler 46 ist ausgangsseitig mit einem Monitor 48 zum Anzeigen des von der Kamera aufgenommenen Bildes verbunden.

Die in dem Computer 44 enthaltenen Einrichtungen zur Weiterverarbeitung eines dem Computer über den Bus 42 zugeführten ersten digitalen Bildes 50 aus dem Bildspeicher 40 werden nun anhand von Fig. 11 näher beschrieben.

Ein rekursives Hochpaßfilter 52 bildet ein erste Einrichtung zum Verarbeiten der Bildmatrix, um ein zweites digitales Bild gemäß der Darstellung in Fig. 3 zu erzeugen, in welchem der Umriß jeder Zahnflanke stärker hervorgehoben ist. Das von dem Hochpaßfilter 52 gelieferte digitale Bild wird in einer Histogrammdarstellung 54, die eine zweite Einrichtung zum Verarbeiten des ersten digitalen Bildes darstellt, weiter verarbeitet. Die Histogrammdarstellung 54 dient zum Festlegen eines ersten Schwellwertes 56 für alle Bildpunkte und zur anschließenden Binarisierung 58 der selben. Das binarisierte Bild wird anschließend an den Block 58 durch einen Kontur verfolger 60 mit Suchstrahl verarbeitet, um nicht zusammenhängende Bereiche des Umrisses zu suchen und miteinander zu verbinden, wie es in den Fig. 4 und 5 darge stellt ist. Eine weitere Einrichtung 62 zum Bilden einer weiteren Histogrammdarstel lung 62 legt einen zweiten Schwellenwert 64 fest, um ein digitales Bild gemäß Fig. 7 zu erzeugen, das anschließend in einem Block 66 binarisiert wird. Eine Einrichtung 68 dient zum Überlagern (Summenbildung) der durch die Blöcke 60 und 66 geliefer ten digitalen Bilder, um ein auswertbares digitales Bild (Fig. 8) für jede Zahnflanke zu bestimmen, das den Umriß und darin einbeschrieben das jeweilige Tragbild enthält. Nach der Überlagerung (Summenbildung) erfolgt in einem Inverter 70 eine Invertie rung des Bildes, das durch die Überlagerung aus den Bildern nach den Fig. 5 und 7 entstanden ist. Anschließend kann in einem Entzerrer 72 das Bild in eine entzerrte Darstellung gemäß Fig. 9 umgewandelt werden. Schließlich wird das ermittelte Trag bild gemäß Fig. 8 oder gemäß Fig. 9 in einer Auswerteeinrichtung 74 ausgewertet.
Die Bildverarbeitung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Darstellung in den einzelnen Fig. 1-11 noch näher beschrieben.

1. Bildaufnahme (Fig. 1 und 2)

Digitalisieren der Signale der Kamera 32: Hierbei werden zeilenweise z. B. 1024 Bild punkte je Zeile in einer Bildmatrix in dem Bildspeicher 40 abgespeichert. Jedem Bild punkt wird dabei ein Grauwert zwischen 0 (Schwarz) und 255 (Weiß) zugewiesen, was einer 8-Bit-Digitalisierung des Kamerasignales entspricht.

Nach Abschluß der Bildaufnahme steht in dem Bildspeicher 40 als Ergebnis das er ste digitale Grauwertbild 50, welches die schub- oder zugseitigen Zahnflanken mit den entsprechenden Tragbildern aller Zähne des Tellerrades 24 des zu prüfenden Kegelradpaares enthält, zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.

2. Bildvorverarbeitung 2.1 Hochpaßfilterung (Fig. 3)

Auf das erste digitale Grauwertbild 50 wird das 2-D-Hochpaßfilter 52 angewendet. Mit dieser Hochpaßfilterung des Grauwertbildes wird erreicht, daß die Flankenberan dungen, die im Grauwertbild durch Grauwertsprünge repräsentiert werden, stärker hervorgehoben werden, wie es Fig. 3 zeigt. In der gefilterten Bildmatrix erhalten die Bereiche des Umrisses höhere Grauwerte und heben sich somit als hellere Bildbe reiche vom Rest des Bildes ab.

2.2 Schwellwertbildung und Binarisierung (Fig. 4)

Nach automatischer Festlegung eines hohen Schwellwertes (größer 200) wird nun allen Bildpunkten, die einen Grauwert unterhalb des Schwellwertes besitzen, der Grauwert 255 zugewiesen. Allen Bildpunkten, die einen Grauwert oberhalb des Schwellwertes besitzen, wird der Grauwert 0 zugewiesen.

2.3 Konturverfolgung und -erzeugung (Fig. 5)

Mittels des Konturverfolgers 60 mit Suchstrahl werden nun nicht zusammenhängen de Bereiche des Umrisses gesucht und zu einer geschlossenen Kontur miteinander verbunden. Bildpunkte von Linien, die sich nicht zu geschlossenen Konturen erwei tern lassen, werden auf den Grauwert 255 gesetzt.

Statt des geschlossenen Umrisses könnten auch zwei vollständige benachbarte Seiten (z. B. zwei einander benachbart gegenüberliegende Seiten oder zwei an einer Ecke des Umrisses benachbarte Seiten) oder auch nur vier Punkte des Umrisses für die weitere Auswertung herangezogen werden. Ein geschlossener Umriß, der in Fig. 5 dargestellt ist, erleichtert aber die Auswertung.

Nach diesen Vorverarbeitungsschritten stehen in dem Bildspeicher 40 die geschlos senen Umrisse aller Zahnflanken in Form einer Bildmatrix zur Verfügung. Diese Bildmatrix wird hier als das zweite digitale Bild bezeichnet.

2.4 Tragbildextraktion (Fig. 6 und 7)

In diesem Vorverarbeitungsschritt wird die Extraktion der Tragbilder 28 aus dem er sten digitalen Grauwertbild vorgenommen. Die Tragbilder 28 werden in der Bildmatrix durch Bildpunkte repräsentiert, die einen niedrigen Grauwert besitzen. Um den Be reich der Grauwerte zu ermitteln, die den Tragbildern zugeordnet werden können, wird das Histogramm 54 des ersten digitalen Grauwertbildes 50 ausgewertet (Fig. 6). Das Histogramm nach Fig. 6 gibt die Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Grau werte in einer Bildmatrix an. Nach automatischer Ermittlung eines geeigneten Schwellwertes X (z. B. 15% der niedrigsten Grauwerte) wird eine Binarisierung (Block 58 in Fig. 11) des ersten digitalen Grauwertbildes anhand dieses Schwellwertes durchgeführt. Allen Bildpunkten, die einen Grauwert kleiner als den Schwellwert be sitzen, wird der Grauwert 0 zugewiesen. Allen anderen Bildpunkten wird der Grau wert 255 zugewiesen. Als Ergebnis steht nun ein drittes digitales Bild in Form einer Bildmatrix in dem Bildspeicher 54 zur Verfügung, welches im Bereich der Zahnflan ken die Tragbilder als schwarze geschlossene Flächen enthält (Fig. 7).

2.5 Zusammenfügen des 2. und 3. digitalen Bildes (Fig. 8)

Die Flankenbereiche, welche in dem zweiten digitalen Bild (Fig. 5) durch Bildpunkte repräsentiert werden, die den Grauwert 255 besitzen und innerhalb der geschlosse nen Flankenberandungskontur liegen, werden in dem dritten digitalen Bild (Fig. 7) identifiziert. Die Grauwerte dieser Bildpunkte in dem dritten digitalen Bild werden nun in die entsprechenden Positionen in der Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes ein beschrieben, Block 68 in Fig. 11. Anschließend wird die gesamte Bildmatrix invertiert, Block 70 in Fig. 11, um eine leichtere Auswertung zu ermöglichen. Als Ergebnis ste hen nun die geschlossenen Flankenberandungen oder Umrisse mit den einbeschrie benen Tragbildern zur Verfügung (Fig. 8).

2.6 Bildentzerrung (Fig. 9)

Die Bildmatrix kann zusätzlich entzerrt werden, was einer Abwicklung in ein Ebene entspricht und in Fig. 9 dargestellt ist.

Hiermit ist die Bildvorverarbeitung abgeschlossen. Die vorliegende Bildmatrix nach Fig. 8 oder 9 kann nun für den hier angestrebte Verwendungszweck der Vermessung der Lage der Tragbilder zu dem Umriß oder den Flankenberandungen ausgewertet werden.

3. Bildauswertung (Fig. 10)

Die Bildauswertung wird in folgenden Schritten vorgenommen:

1. 3.1 Zeilenweises suchen von vier Extrempunkten jedes Tragbilds in Bezug auf den Umriß der Zahnflanke, Fig. 10a. Die Suchrichtung geht dabei in Fig. 10a von rechts nach links, wie durch Pfeile angedeutet.
2. 3.2 Bestimmen der Normalen in jedem der vier Extrempunkte, Fig. 10b.
3. 3.3 Bestimmen der Schnittpunkte einer in der Normalen gelegenen Gerade mit dem Umriß, Fig. 10c.
4. 3.4 Bestimmen des Abstandes jedes Schnittpunktes von dem zugeordneten Extrem punkt, Fig. 10d.
5. 3.5 Je nach Bedarf Ermitteln von weiteren geometrischen Kennwerten des Tragbildes (nicht dargestellt).

Claims

1. Verfahren zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern, bei dem die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades eines zu prü fenden Zahnradpaares durch Auftragen eines Markiermittels markiert werden, ge kennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Aufnehmen und Speichern eines ersten digitalen Bildes (Fig. 2) von wenig stens einer ein Tragbild aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahn flanke des markierten Zahnrades.
b) Verarbeiten des ersten digitalen Bildes zum Ermitteln eines zweiten digita len Bildes (Fig. 5), das wenigstens einen Teil des Umrisses der Zahnflanke enthält,
c) Verarbeiten des ersten digitalen Bildes zum Bestimmen eines dritten digi talen Bildes (Fig. 7), das das Tragbild enthält, und
d) Überlagern des zweiten digitalen Bildes (Fig. 5) der Zahnflanke mit dem dritten digitalen Bild (Fig. 7) zum Bestimmen eines vierten digitalen Bildes (Fig. 8) der Zahnflanke, das wenigstens deren im Schritt (b) ermittelten Umrißteil und darin einbeschrieben deren Tragbild enthält und zur Bestim mung von Lage und Größe des Tragbildes in Bezug auf den Umriß aus wertbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt (a) die Zahnflanken des markierten Zahnrades mit wenigstens einer Zeilenkamera aufgenommen und in einer Bildmatrix als ein erstes digitales Grauwertbild (Fig. 2) zeilenweise abgespeichert werden, das eine Vielzahl von Bildpunkten enthält, die jeweils einen Grauwert besitzen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Bildpunkten Grauwerte zwischen 0 und 255 zugeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale Grauwertbild hochpaßgefiltert wird, um die Umrißlinien der Zahnflanken stärker hervorzuheben (Fig. 3).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Bildpunkt durch Vergleich seines Grauwertes mit einem ersten Schwellwert ein erster oder zweiter Binärwert zugeordnet wird (Fig. 4).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das als erster Schwellwert ein über 200 liegender Wert gewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Schritt (b) ermittelte Teil des Umrisses jeder Zahnflanke ge schlossen oder so ergänzt wird, daß das zweite digitale Bild wenigstens zwei voll ständige benachbarte Seiten oder vier Punkte des Umrisses oder den geschlos senen vollständigen Umriß enthält (Fig. 5).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das in dem Schritt (c) die Tragbilder aus dem ersten digitalen Grauwerbild (Fig. 2) extrahiert werden, indem ein Histogramm des ersten Grauwertbildes mit einem zweiten Schwellwert ausgewertet wird, so daß das dritte digitale Bild (Fig. 7) im Bereich der Zahnflanke die Tragbilder als geschlossene Flächen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Schwellwert ein Wert gewählt wird, der 15% bis 20% der niedrig sten Grauwerte beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenbereiche, welche in dem zweiten digitalen Bild (Fig. 5) durch Tragbildpunkte repräsentiert werden, die den zweiten Binärwert besitzen und in einer Fläche liegen, die durch den im Schritt (b) ermittelten Teil des Umrisses aufgespannt wird, in dem dritten digitalen Bild (Fig. 7) identifiziert und in die Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes (Fig. 5) einbeschrieben werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes (Fig. 5) nach dem Einbeschrei ben der Tragbildpunkte zu dem vierten digitalen Bild (Fig. 8) invertiert wird, um die Auswertung zu erleichtern.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes dessen Lage in Be zug auf den Umriß der Zahnflanke vermessen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch

1. (α) Zeilenweises Suchen von Extrempunkten jedes Tragbildes in Bezug auf den Umriß der Zahnflanke (Fig. 10a),
2. (β) Bestimmen der Normalen in jedem Extrempunkt (Fig. 10b),
3. (χ) Bestimmen der Schnittpunkte einer in der Normalen gelegenen Gerade mit dem Umriß (Fig. 10c), und
4. (δ) Bestimmen der Abstandes jedes Schnittpunktes von dem zugeordneten Ex trempunkt (Fig. 10d).

14. Verfahren nach einem der Anspruch 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt des vierten digitalen Bildes (Fig. 8) durch eine mathemati sche Transformation, die Form und Krümmung jeder Zahnflanke berücksichtigt, in eine entzerrte Darstellung überführt wird, die einer in eine Ebene abgewickelten Darstellung der Zahnflanke entspricht.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Bilder jeweils durch Überlagern und Mitteln der Aufnahme von mehreren Zahnflanken erzeugt werden.

16. Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern, mit einer Einrichtung (26) zum Auftragen eines Markiermittels auf die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades (22, 24) des zu prüfenden Zahnradpaares, gekennzeichnet durch

1. mindestens eine Kamera (30, 32) zum Aufnehmen eines eine Vielzahl von Bildpunkten enthaltenden ersten digitalen Bildes (50) von wenigstens einer ein Tragbild (28) aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahnflanke des markierten Zahnrades (24).
2. einen Bildspeicher (40) zum Abspeichern der Bildpunkte in einer Bildmatrix (Fig. 2),
3. eine erste Einrichtung (52) zum Verarbeiten der Bildmatrix, um ein zweites digitales Bild zu erzeugen, in welchem wenigstens ein Teil des Umrisses der Zahnflanke stärker hervorgehoben ist (Fig. 3),
4. eine zweite Einrichtung (54) zum Verarbeiten des ersten digitalen Bildes, um ein drittes digitales Bild (Fig. 7) zu erzeugen, das das Tragbild enthält, und
5. eine Einrichtung (68) zum Überlagern des zweiten digitalen Bildes der Zahnflanke mit dem dritten digitalen Bild, um ein viertes digitales Bild (Fig. 8) der Zahnflanke zu bestimmen, das wenigstens den ermittelten Teil des Umrisses und darin einbeschrieben das jeweilige Tragbild enthält.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine mit dem Bildspeicher (40) verbundene Zuordnungs einrichtung (34), die jedem Bildpunkt des ersten digitalen Bildes (50) einen be stimmten Grauwert zuordnet, so daß in dem Bildspeicher (40) das erste digitale Bild als ein digitales Grauwertbild abgespeichert wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungseinrichtung (34) so ausgewählt oder einstellbar ist, daß die den Bildpunkten zugeordneten Grauwerte zwischen 0 und 255 liegen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (32) eine Zeilenkamera ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verarbeitungseinrichtung ein Hochpaßfilter (52) ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verarbeitungseinrichtung (52) eine Einrichtung (56) aufweist zum Festlegen eines ersten Schwellwertes für alle Bildpunkte derart, daß allen Bild punkten mit einem Grauwert unterhalb des ersten Schwellwertes ein erster Bi närwert zugeordnet ist und daß allen Bildpunkten mit einem Grauwert oberhalb des ersten Schwellwertes ein zweiter Binärwert zugeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, gekennzeichnet durch einen Konturverfolger (60) mit Suchstrahl, um nicht zusammenhängende Bereiche des ermittelten Umrißteils zu suchen und miteinander zu verbinden (Fig. 5).

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bilden und Auswerten eines Histogramms (62) des ersten di gitalen Grauwertbildes (50) zum Festlegen eines zweiten Schwellwertes (64), um das dritte digitale Bild zu erzeugen (Fig. 7).

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (74) zum Auswerten des vierten digitalen Bildes (Fig. 8) zum Ver messen der Lage und Größe des Tragbildes in Bezug auf den Umriß (Fig. 8).

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (72) zur mathematischen Transformation des vierten digitalen Bil des (Fig. 8) in eine entzerrte Darstellung entsprechend einer Abwicklung der Zahnflanke in eine Ebene (Fig. 9).