专利名称：伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明属于齿轮检测技术领域，特别是一种伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置及其检测方法。
背景技术：
伞齿轮的齿数多、齿面侧向各异、缺陷类型多样，如行星齿轮有14个齿、观个齿面，缺陷包括磕碰压伤、裂纹、充填不满、折叠、划痕、凹陷与凸起。如何能够实现伞齿轮全齿各异侧面缺陷实时在线检测是伞齿轮全齿侧面检验面临的最大困难。目前国内外可实现金属缺陷检测的技术很多，如涡流探伤、磁粉探伤、超声波探伤和射线探伤，这些技术局限于某些特定类型的缺陷检测，如表面裂纹检测，金属内部的探伤，且存在诸如放射性危害大、 人为因素多，成本高以及操作不便的缺点。国内伞齿轮全齿侧面缺陷检测主要采用人工检测方式，耗时、费力、检验一致性差且难以满足大规模高速度齿轮生产的质量检验需要，而自动、快速且稳定的伞齿轮全齿测向缺陷检测方法在国内外尚不存在。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置及其检测方法，具有伞齿轮全齿侧面缺陷检测快速、高精度、识别率高、 硬件成本低且操作与维护方便，并且自动化程度高和安全性高的优点。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置，包括底部为框架式的机架组1，在机架组 1的顶部表面放置有齿轮固定装置2，齿轮固定装置2同机架组1上设置的角度分割系统3 的旋转传动结构相连接，齿轮固定装置2顶部带有能适配轴套待测伞齿轮的凸起10，凸起 10上方为框架式结构的摄相采集单元4，摄相采集单元4的内顶部设置有镜头正对凸起10 的顶面相机11，摄相采集单元4的内顶部还设置有高光照明单元5，另外摄相采集单元4的内部设置有均勻环绕分布的七个侧面相机12，摄相采集单元4的上部同能上下移动的容器状高度调节系统7相连接，所述的高度调节系统7内部设置有风扇6，高度调节系统7同外部带有显示面板8的计算机13相连接，计算机13的输入端口同七个侧面相机12的输出端口和顶面相机11的输出端口相通信连接，计算机13内带有齿轮上表面检测模块和齿轮侧齿面检测模块，齿轮上表面检测模块能检测出齿轮相对于标准位置的旋转角度并判断上表面是否有缺陷，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷。所述的高光照明单元5为白色的环形LED光源，环形LED光源的倾斜角度能调。所述的七个侧面相机12和顶面相机11均为黑白相机。所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置的检测方法为首先将待测伞齿轮14 轴套入齿轮固定装置2顶部的凸起10，上下移动容器状高度调节系统7将七个侧面相机12的镜头朝向待测伞齿轮14的侧面，然后通过角度分割系统3的旋转传动结构旋转待测伞齿轮14至预设的旋转角度，开启高度调节系统7内部的风扇6，同时启动摄相采集单元4的高光照明单元5、七个侧面相机12以及顶面相机11，计算机13首先通过顶面相机11采集伞齿轮14的齿轮上表面的图像至显示面板8，随后启动齿轮上表面检测模块检测出伞齿轮 14相对于标准位置的旋转角度，并根据采集来的齿轮上表面的图像判断齿轮上表面是否有缺陷，如果齿轮上表面有缺陷，在伞齿轮14的齿轮上表面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮上表面没有缺陷，计算机13通过七个侧面相机12同步采集伞齿轮14的齿轮侧齿面的图像至显示面板8，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷，如果齿轮侧齿面没有缺陷，在伞齿轮14上标注出产品合格标志，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮侧齿面有缺陷，在伞齿轮14的齿轮侧齿面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测。所述的区域纹理量度采用了基于灰度直方图的区域纹理统计方法，包括平滑度、 三阶矩、熵以及粗糙度评价参数阈值。本发明的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置及其检测方法采用了多相机同步采集处理的模式，相比单一相机旋转定位采集处理的方式速度提高一个数量级，每个伞齿轮全齿全面采集处理耗时少于1秒，可检测识别大于0. 4mmX0. 4mm的各种缺陷，完全可满足伞齿轮14高速自动化生产线的实时在线检测要求，适用于具有景深的伞齿轮全齿侧面缺陷的检测，解决了伞齿轮14的齿数多、侧向各异，缺陷类型多的伞齿轮世界性检测难题。并且在确保在线高速、高精度实时检测的前提下，杜绝了产品缺陷检测判定的人为因素，实现了大规模齿轮产品质量检验的一致性，为伞齿轮大规模生产的在线实时自动化检测判定奠定了方法基础。
图1为本发明的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置的结构示意图。图2为本发明的工作原理结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更详细的说明。如图1所示，伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置，包括底部为框架式的机架组1， 在机架组1的顶部表面放置有齿轮固定装置2，齿轮固定装置2同机架组1上设置的角度分割系统3的旋转传动结构相连接，齿轮固定装置2顶部带有能适配轴套待测伞齿轮的凸起 10，凸起10上方为框架式结构的摄相采集单元4，摄相采集单元4的内顶部设置有镜头正对凸起10的顶面相机11，摄相采集单元4的内顶部还设置有高光照明单元5，另外摄相采集单元4的内部设置有均勻环绕分布的七个侧面相机12，摄相采集单元4的上部同能上下移动的容器状高度调节系统7相连接，所述的高度调节系统7内部设置有风扇6，该风扇6用于本装置的散热，高度调节系统7同外部带有显示面板8的计算机13相连接，计算机13的输入端口同七个侧面相机12的输出端口和顶面相机11的输出端口相通信连接，计算机13内带有齿轮上表面检测模块和齿轮侧齿面检测模块，齿轮上表面检测模块能检测出齿轮相对于标准位置的旋转角度并判断上表面是否有缺陷，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷。所述的高光照明单元5为白色的环形LED光源，环形LED光源的倾斜角度能调，这样能调整与伞齿轮的侧面倾斜角匹配，可使齿面受光均勻。所述的七个侧面相机12和顶面相机11均为黑白相机。针对在一个侧面相机的视场中，由于齿轮侧齿面之间存在着一定的景深差别，相机聚焦难度大，对此，采用了高光照明单元5与多相机同步采集全齿全面图像相结合的方法，分时传送计算机13进行图像处理，效果更好。 如图2所示，所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置的检测方法为首先将待测伞齿轮14轴套入齿轮固定装置2顶部的凸起10，上下移动容器状高度调节系统7将七个侧面相机12的镜头朝向待测伞齿轮14的侧面，然后通过角度分割系统3的旋转传动结构旋转待测伞齿轮14至预设的旋转角度，开启高度调节系统7内部的风扇6，同时启动摄相采集单元4的高光照明单元5、七个侧面相机12以及顶面相机11，计算机13首先通过顶面相机11采集伞齿轮14的齿轮上表面的图像至显示面板8，随后启动齿轮上表面检测模块检测出伞齿轮14相对于标准位置的旋转角度，并根据采集来的齿轮上表面的图像判断齿轮上表面是否有缺陷，如果齿轮上表面有缺陷，在伞齿轮14的齿轮上表面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮上表面没有缺陷，计算机13通过七个侧面相机12同步采集伞齿轮14的齿轮侧齿面的图像至显示面板8，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷，如果齿轮侧齿面没有缺陷，在伞齿轮14上标注出产品合格标志，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮侧齿面有缺陷，在伞齿轮14的齿轮侧齿面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测。所述的区域纹理量度采用了基于灰度直方图的区域纹理统计方法， 包括平滑度、三阶矩、熵以及粗糙度这样的评价参数阈值，具有缺陷检测效果好，运算速度快的特点。这样就具有了很强的抗干扰能力，原因在于一方面算法采用了区域统计的方法， 对外界小像素干扰有着一定的克制能力；另一方面算法中的阈值是经过大量的实验统计得出的，以区分缺陷与非缺陷纹理的差异。
权利要求
1.一种伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置，包括底部为框架式的机架组(1)，其特征在于在机架组(1)的顶部表面放置有齿轮固定装置O)，齿轮固定装置O)同机架组(1) 上设置的角度分割系统(3)的旋转传动结构相连接，齿轮固定装置(2)顶部带有能适配轴套待测伞齿轮的凸起(10)，凸起(10)上方为框架式结构的摄相采集单元G)，摄相采集单元(4)的内顶部设置有镜头正对凸起(10)的顶面相机(11)，摄相采集单元4的内顶部还设置有高光照明单元(5)，另外摄相采集单元4的内部设置有均勻环绕分布的七个侧面相机(12)，摄相采集单元(4)的上部同能上下移动的容器状高度调节系统(7)相连接，所述的高度调节系统(7)内部设置有风扇(6)，高度调节系统(7)同外部带有显示面板(8)的计算机(13)相连接，计算机(13)的输入端口同七个侧面相机(12)的输出端口和顶面相机(11)的输出端口相通信连接，计算机(1 内带有齿轮上表面检测模块和齿轮侧齿面检测模块，齿轮上表面检测模块能检测出齿轮相对于标准位置的旋转角度并判断上表面是否有缺陷，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷。
2.根据权利要求1所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置，其特征在于所述的高光照明单元( 为白色的环形LED光源，环形LED光源的倾斜角度能调。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置，其特征在于所述的七个侧面相机(1 和顶面相机(11)均为黑白相机。
4.根据权利要求1所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置的检测方法，其特征为， 首先将待测伞齿轮(14)轴套入齿轮固定装置2顶部的凸起(10)，上下移动容器状高度调节系统(7)将七个侧面相机(12)的镜头朝向待测伞齿轮(14)的侧面，然后通过角度分割系统3的旋转传动结构旋转待测伞齿轮(14)至预设的旋转角度，开启高度调节系统(7)内部的风扇(6)，同时启动摄相采集单元4的高光照明单元(5)、七个侧面相机(1 以及顶面相机(11)，计算机13首先通过顶面相机(11)采集伞齿轮(14)的齿轮上表面的图像至显示面板8，随后启动齿轮上表面检测模块检测出伞齿轮(14)相对于标准位置的旋转角度，并根据采集来的齿轮上表面的图像判断齿轮上表面是否有缺陷，如果齿轮上表面有缺陷，在伞齿轮(14)的齿轮上表面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮上表面没有缺陷，计算机(1 通过七个侧面相机(1 同步采集伞齿轮(14)的齿轮侧齿面的图像至显示面板(8)，齿轮侧齿面检测模块根据齿轮的旋转角度从模板库中调取相应的模板图像，提取出模板图像中对应的齿面部分，然后结合对应的采集来的齿轮侧齿面的图像进行区域纹理量度判定齿轮侧齿面是否有缺陷，如果齿轮侧齿面没有缺陷，在伞齿轮(14)上标注出产品合格标志，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测，如果齿轮侧齿面有缺陷，在伞齿轮(14)的齿轮侧齿面标注出对应的缺陷位置，完成伞齿轮全齿侧面缺陷检测。
5.根据权利要求1所述的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置的检测方法，其特征为 所述的区域纹理量度采用了基于灰度直方图的区域纹理统计方法，包括平滑度、三阶矩、熵以及粗糙度这样的评价参数阈值。
全文摘要
一种伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测装置及其检测方法，采用了多相机同步采集处理的模式，实现了开发一种快速、高精度、识别率高、硬件成本低且操作与维护方便的伞齿轮全齿侧面缺陷多目检测方法，并且还具有自动化程度高和安全性高的优点。
文档编号G01N21/95GK102374996SQ20111028669
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者夏汉关, 孙鲁兵, 张新曼, 贾建平, 赵红军, 陈飞, 韩九强 申请人:西安交通大学