依托多目CCD工业相机的圆柱直齿轮外形视觉测量装置及图像处理方法

依托多目ccd工业相机的圆柱直齿轮外形视觉测量装置及图像处理方法
技术领域
1.本发明涉及圆柱直齿轮制造尺寸误差高精度视觉检测装置及图像处理方法，具体来说设计一种专用测量装置，针对圆柱直齿轮进行取景拍摄，后根据图像处理方法测得相关齿轮关键制造尺寸数据，属于机械加工及视觉测量领域。


背景技术：

2.如何精确测得某零件的准确外形尺寸一直是现代化制造行业中非常受到重视的问题，一种高精度的尺寸测量装置或技术对于零件加工出厂合格率及后期与其他零部件的装配生产效率有重要作用。一些小尺寸零部件或异形零件测量一直以来都是亟待突破的问题。目前工业上主要利用较为传统的机械量具或三坐标测量仪作为主要的测量手段，但由于此种测量工作精细、繁重，加之对于操作员有较高的经验、技术要求，并不能一定保证高效、稳定、持续地完成测量任务。特别是对于一些小尺寸零部件或异形零件，受于传统量具尺寸或探头尺寸的限制无法进行精确测量。
3.随着高精度图像摄影设备及相关图像处理技术的日渐成熟，以机器视觉为及基础的高精度视觉测量技术逐渐被越来越多的应用到现代化制造行业中，相继出现了激光扫描法、立体视觉、结构光等非接触式测量方法。本发明利用视觉测量精度高、速度快、人为干预小、自动化程度高等特点将视觉测量技术引入对于圆柱直齿轮的测量当中。圆柱直齿轮作为十分重要的动力传输部件，其加工质量的高低将直接决定整机传动性能的优劣，因此为保证高质、高效地完成整机生产任务，作为前导工作的齿轮外形尺寸测量工作就显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明针对圆柱直齿轮外形尺寸测量环节提出了利用视觉测量技术，结合ccd工业相机视觉测量技术，设计了一种针对于圆柱直齿轮外形尺寸测量的装置及后续图像处理方案。视觉检测装置通过设计的旋转及伸缩装置便于多目工业相机对被测零件进行取景测量，通过图像处理方法对于取得的图像通过滤波、边缘提取、阈值分割等步骤取得高精度齿轮边缘图像，并设计算法对齿轮图像进行计算，测量得到齿轮关键制造尺寸。
5.本发明通过以下技术方案实现：
6.依托多目ccd工业相机的圆柱直齿轮外形尺寸高精度视觉测量装置及图像处理方法，其硬体特征在于包含工控机、伺服控制器、高精度三目ccd自调姿测量工装、图像采集器；其软体特征包含图像预处理模块、图像分割及测量模块。
7.所述高精度三目ccd自调姿测量工装由底板、旋转电机、自发光旋转平台、自调姿ccd测量模块及避光桶组成。所述旋转电机放置于底板空间内上方连接自发光旋转平台，并控制其旋转角度及旋转速度。自发光旋转平台表面铺设led发光矩阵并承载被测工件，其接收工控机的指令，控制发光明暗程度，以便于ccd工业相机取景拍照。避光桶下方置于平台
预设槽内，上方设计三向开孔用于承载自调姿ccd测量模块。
8.所述自调姿ccd测量模块组成由棱镜定位块、三向支架、测量支架、激光测距仪、ccd工业相机、螺旋推杆、姿态控制电机组成。所述调姿ccd测量模块，棱镜定位块安装于三向支架中间，激光测距仪及ccd工业相机固定于测量支架，测量安装支架安装于三向支架沟槽处可自由滑动。螺旋推杆与测量支架底部固定，并受姿态控制电机控制其位置。激光测距仪测量与棱镜定位块距离，将所测距离反馈到工控机。工控机根据所测零件尺寸及其余a、b、c向所测距离确定各向激光测距仪应距棱镜定位块距离，通过伺服控制器控制各向姿态控制电机调整至适当位置，并由ccd工业相机进行取景拍照。
9.高精度三目ccd自调姿测量工装通过激光测距，并受控于工控机调整拍摄位置。由ccd工业相机拍摄而得的图像经由图像采集器，经图像预处理模块及图像分割及测量模块处理，完成图像处理、边缘确定及尺寸测量。
10.与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果。
11.1、与现有传统测量方式相比，本发明利用视觉测量技术测量圆柱直齿轮外形尺寸，测量效率高，测量结果准确，可应用于大规模的制造生产环节。
12.2、与现有视觉测量装置相比，本发明利用三目ccd工业相机共同测量，降低了对于单个ccd工业相机的性能要求，节省测量设备制造成本。与此同时实现了一套设备对大、小直径齿轮测量的全覆盖，扩大装置测量范围。此外由于采用了多目工业相机的设计，为相机距离标定及后续图像处理降低了难度。
13.3、与现有图像处理方法相比，本发明利用图像预处理模块、图像分割及测量模块，采用canny算法及logistic函数对图像边缘进行多级分次拟合，融合两种方式优点的同时提高测量精度。
附图说明
14.图1为整体测量方案示意图
15.图2为测量装置整体结构示意图
16.图3为自调姿ccd测量模块示意图
17.图4为图像处理流程示意图
18.图中：
19.3-1底板、3-2旋转电机、3-3自发光旋转平台、3-4自调姿ccd测量模块、3-5避光桶。
20.3-4-1棱镜定位块、3-4-2三向支架、3-4-3测量支架、3-4-4激光测距仪、3-4-5ccd工业相机、3-4-6螺旋推杆、3-4-7姿态控制电机.
具体实施方式
21.结合附图及实际实施方式对本发明提出依托多目ccd工业相机的圆柱直齿轮外形尺寸高精度视觉测量装置及图像处理方法做详细说明
22.本发明的整体测量方案如图1所示，包含硬体特征：工控机、伺服控制器、高精度三目ccd自调姿测量工装、图像采集器；软体特征：图像预处理模块、图像分割及测量模块。图像采集之前，工控机根据接收的信号及被测零件尺寸信息对于测量工装进行调姿。图像采集过程主要由三目ccd自调姿工装中的ccd工业相机完成。图像采集结束后，所获得的图像
经由图像采集器采集，通过预处理及图像拼接得到完整的被测零件图像。经由后续图像处理模块调用算法，对于所得图像进行进一步的边缘分割及测量，由此得到圆柱直齿轮圆周、齿形等关键尺寸信息，至此完成零部件测量的完整流程。所得数据可供后续零件再加工或建模分析使用。
23.如图2所示高精度三目ccd自调姿测量工装由底板3-1、旋转电机3-2、自发光旋转平台3-3、自调姿ccd测量模块3-4及避光桶3-5组成。其特征在于旋转电机3-2放置于底板3-1空间内上方连接自发光旋转平台3-3，并控制其旋转角度及旋转速度。自发光旋转平台3-3表面铺设led发光矩阵并承载被测工件，其接收工控机的指令，控制发光明暗程度，以便于ccd工业相机取景拍照。避光桶3-5下方置于平台预设槽内，上方设计三向开孔用于承载自调姿ccd测量模块3-4。
24.如图3所示自调姿ccd测量模块组成3-4由棱镜定位块3-4-1、三向支架3-4-2、测量支架3-4-3、激光测距仪3-4-4、ccd工业相机3-4-5、螺旋推杆3-4-6、姿态控制电机3-4-7组成。调姿ccd测量模块3-4，棱镜定位块3-4-1安装于三向支架3-4-2中间，激光测距仪3-4-4及ccd工业相机3-4-5固定于测量支架3-4-3，测量支架3-4-3安装于三向支架3-4-2沟槽处可自由滑动。螺旋推杆3-4-6与测量支架3-4-3底部固定，并受姿态控制电机3-4-7控制其位置。激光测距仪3-4-4测量与棱镜定位块3-4-1距离，将所测距离反馈到工控机。工控机根据所测零件尺寸及其余a、b、c所测距离确定各向激光测距仪3-4-4应距棱镜定位块3-4-1距离，通过伺服控制器控制各向姿态控制电机3-4-7调整至适当位置，并由ccd工业相机进行取景拍照。
25.如图4所示，高精度三目ccd自调姿测量工装通过激光测距，并受控于工控机调整拍摄位置。由ccd工业相机3-4-5拍摄而得的图像经由图像采集器，图像预处理模块及图像分割及测量模块处理，完成图像处理、边缘确定及尺寸测量。图像预处理模块以工业ccd相机拍摄的图像为输入，通过预处理步骤进行处理，得到经过初步处理的待拼接图像。进而对于由多个ccd工业相机拍摄的已完成预处理的图像进行图像配准，得到融合后的图像。图像分割及测量模块对于已融合后的图像利用canny算法及logistic函数进行边缘拟合及圆心位置拟合，形成齿轮边缘位置精确图像。利用亚像素算法计算齿轮边缘某一点至拟合圆心位置的距离，进而得到完成齿轮测量图像处理及计算测量。