基于机器视觉的齿轮齿面粗糙度检测方法研究

发布时间：2020-07-03 19:26

【摘要】：齿轮齿面粗糙度与齿轮副的耐磨性、疲劳强度、配合性质、腐蚀性、能耗等有密切关系,齿轮齿面粗糙度的大小直接影响齿轮传动机构的使用性能与寿命,但当前的齿轮齿面粗糙度测量方法因其效率低下且不能对齿面进行整体评判,无法满足当前自动化在线测量的需求。基于机器视觉的检测方法具有效率高、测量面积大、非接触性等优点,且当前基于机器视觉的表面粗糙度测量大多对平面物体进行研究,对曲面研究较少,因此,研究基于机器视觉的齿轮齿面粗糙度检测方法具有重要的理论意义,对于齿轮加工企业实现精确、高效、在线测量具有一定的工程价值。针对当前齿轮齿面粗糙度测量现状,论文对基于机器视觉的齿轮齿面粗糙度检测方法展开了系统研究,进行了特征提取方法的研究和预测模型的构建,初步搭建了一套自动化的齿轮齿面粗糙度测量系统,并验证了方法的有效性。论文的主要研究工作如下:(1)在简述齿轮齿面粗糙度的定义及其测量评定的基础上,分析了齿面粗糙度的特点;从光散射原理角度分析了齿轮齿面成像机理,分析了不同粗糙度等级的齿面图像与粗糙度之间的相关关系;然后,对边缘提取所需的数字图像处理技术进行了详细介绍;最后,初步设计了基于机器视觉的齿轮齿面粗糙度检测方案,并对测量系统中的图像采集模块、图像处理模块进行了详细介绍。(2)提出了一种基于形状特征的齿轮齿面粗糙度测量方法。从光散射原理角度,提取齿面图像中的形状轮廓,从散射程度、结构信息和强度信息方面设计了特征指标评价算法。然后,根据检测方案和实验步骤进行了实验,实验结果表明,齿轮齿面粗糙度Ra与结构信息(Eigmax、Eccentricity和Area指标)和强度信息(E 指标)四个特征指标具有明显的相关关系,并对提出的特征指标的预测精度、单调性和稳定性进行了评估,验证了特征指标评价算法的有效性。(3)基于支持向量机的方法研究建立了齿面粗糙度和图像特征指标之间的预测模型,通过交叉验证的方法对支持向量机中的参数进行寻优,对该预测模型进行试验验证,结果表明,该方法在一定程度上提升了对齿轮齿面粗糙度的预测精度。(4)基于LabVIEW和MATLAB开发设计了基于机器视觉的齿轮齿面粗糙度测量系统,并对测量系统的运行时间和响应时间进行了测试,结果表明,该测量系统效率高、稳定性强,能够实现齿轮齿面粗糙度的实时测量。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41
【图文】：

标准轨迹,渐开线轨迹,齿轮测量中心,展成法

当前常用于工件加工平面表面粗糙度测量方式主要有接触式和非接触式两种，逡逑目前对于齿轮的齿面粗糙度来说，有标准样板比对法和接触式测量两种。最基本逡逑的为与标准粗糙度样板比对法如图１．１所示。逡逑ＩｌＪＩ逡逑（ａ）比对标准样板逦（ｂ）工件与标准样本对比逡逑图１．丨标准样板对比法测量工件粗糙度逡逑接触式测量常用的测量方法以触针式表面轮廓仪为代表，其通过设置不同的逡逑滤波范围来测量零件的微观表面不平度（粗糙度参数、波纹度参数等）。当前的接逡逑触式测量方法包含：基于标准轨迹法的渐开线仪器测量法和轮廓仪测量法。逡逑１邋■逡逑，，屋ＢＬｕａｓ－逡逑ｍｍｍｍＪｒｎ邋＾逡逑ｕｒｎｓ逦．邋Ｉ逡逑S谩危邁T逡逑Ｉ邋Ｉ邋Ｔ逡逑｜邋Ｉ邋ｒｔkw逡逑＇邋ｒｙｇｌ逦ｉｆ－＇１逡逑图１．２邋３卯３Ａ齿轮测量中心（哈尔滨量具刃具厂）逡逑标准轨迹法（又称展成法）将被测齿轮与仪器复现的标准渐开线轨迹进行比逡逑较，从而测出齿轮齿面的误差参数，目前应用比较广泛的有单盘式、圆盘式渐开逡逑线测量仪。单盘式渐开线测量仪的测量原理即为渐开线的展成原理，此类仪器较逡逑２逡逑

触针,接触式,粗糙度,方式

逡逑多，如哈尔滨量具刃具厂的３０３Ａ测量仪器（如图１．２所示）、德国的Ｃａｒｌ邋Ｍａｒｈ逡逑８８９等Ｗ。圆盘杠杆式渐开线测量仪的测量原理为用一直尺滚压在齿轮的基圆盘逡逑上，直尺棱边上的每个点都可以描出渐开线，直尺上固定表面接触测量系统用来逡逑接收齿面的偏差［５］，属于此类型的齿轮测量仪有德国的Ｃａｒｌ邋Ｍａｒｈ邋８９１Ｓ和螺旋角逡逑检查仪、瑞士的ＭａａｇＳＰ－６０型齿轮检查仪、德国克林倍尔ＰＦＳ－６００型等渐开线仪逡逑器，可以准确地测量齿面粗糙度。逡逑用普通的轮廓仪可以测量齿宽方向的粗糙度，但粗糙度需垂直于表面纹理进逡逑行测量，即需在齿廓方向进行测量，便会因齿侧表面弯曲而不便于测量。ＪＢ－４Ｃ粗逡逑糙度仪需将触针压在被测表面，测量齿轮齿面粗糙度时，齿轮不容易稳定放置，逡逑本文采用Ｔａｙｌｏｒ邋Ｈｏｂｓｏｎ公司的ＦＯＲＭ邋ＴＡＬＹＳＵＲＦ邋ＰＧＩ１２４０表面轮廓仪垂直于圾逡逑面纹理对试样齿轮齿面进行粗糙度测量，作为下一步基于形状特征的测量算法的逡逑基准

【参考文献】