小模数齿轮视觉测量系统研究

1、小模数齿轮视觉测量系统研究    关键词机器视觉;图像测量;边缘检测;齿轮 作者简介李自芹,唐山学院机电工程系副教授,河北理工大学机械学院硕士研究生,研究方向:计算机辅助设计,河北唐山,063000;董小雷,河北理工大学机械学院,河北唐山,063000;李庆利,唐山学院机电工程系,河北唐山,063000;郭彩玲,唐山学院机电工程系,河北唐山,063000 中图分类号 TP391.41 文献标识码 A 文章编号 1007-7723(2010)05-0030-0002 一、引言 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。随着机器视觉技术和光电技术的飞速发展,

2、出现了一种新的检测技术计算机视觉检测技术(简称视觉检测技术)。所谓视觉检测就是检测被测目标时,把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的检测方法,是以现代光学为基础,融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科学技术为一体的现代检测技术。基于视觉检测技术的仪器设备能够实现智能化、数字化、小型化、网络化和多功能化,具备在线检测、实时分析、实时控制的能力,在军事、工业、商业、医学等领域得到广泛关注和应用。 小模数齿轮广泛地应用在精密光学仪器、航空及无线电仪表中,由于它具有体积小、齿形小等特点,不便于使用传统的齿轮测量仪器和接触式测量方法进行测量。应用视觉检测技术的齿轮误差测量方法,可以实

3、现非接触测量,能够解决许多传统测量中的难题,因此研究意义重大。 二、齿轮视觉检测系统的组成及基本工作原理 视觉系统的组成一般包括图像采集系统、图像处理系统、照明系统和与之配套的机械平台等。图像采集系统包括数字摄象机和图像采集卡等设备。它的输入是原始的物理图像(对几何参数测量而言,为了提高测量精度一般使用黑白摄象机采集灰度图像),经过采样(空间离散化)和量化(灰度值离散化),输出计算机能够方便处理的数字图像(灰度的数字矩阵)。图像处理系统由高速度、高容量的计算机和相应的图像处理及检测算法软件组成。图像处理系统将一幅数字图像变为另一幅经过修改或改进的数字图像,或转换为一种非图像的形式,并根据图像信

4、息获得被测物体的几何信息。照明系统在视觉检测系统中起照明作用,也是影响视觉检测结果的重要因素。为了使被拍摄物能够在成像传感器上清晰成像,需要合理选择光源和优化照明设计。 三、图像处理系统 视觉检测系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。为了提高系统测量精度,一方面可以通过提高硬件设备的性能来实现,如选用高分辨率的数字摄象机、采用特殊的照明方式等。本系统采用背景光照明,能突出齿轮的外形轮廓,使获得的图像对比度较高且边缘清晰,便于进行测量(如图1)。另一方面,可以利用软件来提高测量精度,且具有方法简单有效、设备成本低的优点,是测量系统的核心。 图像处理软件算法包括图像数据预处理和齿轮误差测量处理两部

5、分。图像数据预处理部分主要应用了中值滤波、最大方差阈值法(二值化)、基于数学形态学法的腐蚀操作、Canny算法和亚像素细分等算法(参见图2)。对齿轮的边缘检测处理结果见图3。齿轮误差测量处理算法主要有Hough变换和最小二乘法,是在精确边缘检测结果的基础上完成。 四、齿轮测量结果及结论 经过实际测量结果证明,应用视觉检测方法可以较好地解决传统测量方法中工作量大、测量效率低的问题。把机器视觉技术引入齿轮测量技术中,为齿轮测量提供了一种新的具有较高测量精度和测量效率的非接触综合型测量方法。除了可对齿轮的部分单项误差进行测量外,还可以对齿廓误差进行整体测量。 参考文献 1佘新平.一种具有抗噪声干扰的

6、图像边缘提取算法的研究J.电子技术应用,1999,(1), 2吴剑锋.一种图像边缘检测的新算法J.福州大学学报(自然科学版),2000 ,28(4). 3洪海涛.复杂零件参数的图像测量方法J.机械工艺师,2000 ,(11). 4吴晓波.应用多项式插值函数提高面阵CCD尺寸测量的分辨力J.仪器仪表学报,1996,7(2). 5王建民.空间矩亚像素细分算法的研究J.光学技术,1999,(4). 6王建民.提高图像测量系统精度的细分算法的研究J.光学.精密工程,1998,6(4). 7郭晓然.基于机器视觉的渐开线小模数齿轮测量方法的研究D.西安理工大学,2007. 8张景辉. 基于机器视觉的直齿圆柱