齿轮啮合区域辨识系统与方法与流程

本发明涉及一种辨识系统与辨识方法，且特别涉及一种齿轮啮合区域辨识系统与方法。

背景技术：

当前齿轮测量仪普遍为接触式齿轮测量仪，用于测量齿轮的尺寸、几何精度、形状轮廓、表面粗糙度等，这些接触式探针测量设备体积庞大且昂贵。而且，测量数据皆为单一齿轮的信息，但是由于齿轮传动并非为仅靠单一齿轮运作，需搭配另一齿轮方能进行能量传送或机构定位。分析齿轮与齿轮啮合后齿面的状态所得到的信息，可有效判断齿面啮合良好与否，并判断出齿轮组运转时产生噪音或震动的原因。目前，都是在齿轮的齿面涂抹红丹漆后，让齿轮进行负载运转测试，再经齿轮工程师以肉眼观察红丹漆的分布状况而做主观式判断齿型设计是否恰当。但因每个人的主观感觉不同而使得判断结果不客观，不仅要不断更新齿型的设计，还可能最终依旧无法有效解决齿轮组运转时产生噪音或震动的问题，因此亟待改善。

技术实现要素：

本发明提供一种齿轮啮合区域辨识系统与方法，用于解决因为主观判断所导致的问题。

本发明的齿轮啮合区域辨识系统包括影像获取单元、储存单元以及影像处理单元。影像获取单元用于获取齿轮的至少一齿面的一影像信息。储存单元耦接影像获取单元以储存影像信息。影像处理单元耦接储存单元以获得影像信息，并处理影像信息以取得齿面的啮合区域的至少一量化值。

本发明的齿轮啮合区域辨识方法包括下列步骤。使齿轮进行啮合运转，其中齿轮的至少一齿面上覆盖有一颜色层。获取啮合运转后的齿面的影像信息。处理影像信息以获得影像信息中的啮合区域的至少一量化值。

基于上述，在本发明的齿轮啮合区域辨识系统与方法中，是获取啮合区域的影像并将之量化后做判断，以便修正齿面的设计，并且避免人为判断的误差。

附图说明

图1是本发明一实施例之齿轮啮合区域辨识系统的示意图。

图2是齿面上的啮合区域的示意图。

图3是本发明一实施例之齿轮啮合区域辨识方法的流程图。

图4是齿轮实际啮合运转后的影像信息。

图5A至图5C是图4的局部影像信息在不同处理阶段的状态。

图6是啮合区域的量化值的应用的实验范例。

其中附图标记为：

30：齿面 31：啮合区域

32：非啮合区域 50：齿轮

52：颜色层

100：齿轮啮合区域辨识系统 110：影像获取单元

120：储存单元 130：影像处理单元

132：影像校正电路 134：影像分割电路

136：影像合并电路 140：照明单元

150：中央处理器 160：显示装置

170：转动单元 172：转动控制单元

182：影像输入单元 184：影像输出单元

S40～S46：步骤 A：期望点

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

图1是本发明一实施例的齿轮啮合区域辨识系统的示意图。图2是齿面上的啮合区域的示意图。请参照图1与图2，本实施例的齿轮啮合区域辨识系统100至少包括一影像获取单元110、一储存单元120以及一影像处理单元130。影像获取单元110用于获取齿轮50的至少一齿面30的一影像信息。储存单元120耦接影像获取单元110以储存影像信息。影像处理单元130耦接储存单元120以获得影像信息，并处理影像信息以取得齿面30的一啮合区域31的至少一量化值。

图3是本发明一实施例的齿轮啮合区域辨识方法的流程图。图4是齿轮实际啮合运转后的影像信息。请参照图3与图4，本实施例的齿轮啮合区域辨识方法主要包括下列步骤。使一齿轮进行啮合运转(步骤S40)。齿轮50的至少一齿面30上覆盖有一颜色层52。接着，获取啮合运转后的齿面30的影像信息(步骤S41)。然后，处理影像信息以获得影像信息中的啮合区域的至少一量化值(步骤S42至步骤S45)。

在本实施例的齿轮啮合区域辨识系统100以及齿轮啮合区域辨识方法中，对影像获取单元110所获取的影像信息进行处理后，就可获得齿轮50啮合运转后实际的啮合区域31的量化值。根据量化值，可以客观地判断齿轮50的设计是否恰当，或者应该要如何修改。因此，不仅可有效应用于检测与改善齿轮组的应用，例如：车辆变速齿轮箱、机器人、机器手臂协调齿轮及减速齿轮组、电脑数值切削设备等，更能提供量化分析结果给齿轮设计或制造业者改善齿轮组整体效率、振动与噪音，甚至可以协助提升齿轮组的刚性与强健性。如此，可改善目前昂贵、大型的接触式探针齿轮测量设备机台的缺点。

举例来说，当两个齿轮彼此啮合的区域受力分布不均匀，两个齿轮组在运转时就容易产生相对滑动，而无法达成齿轮组运转时欲获得的省力或放大扭力的目的。此外，两个齿轮间相互啮合的中心点偏离时，也容易产生噪音与振动。一旦齿轮运转的角度偏离理想值，将会严重影响应用这个齿轮组的整个系统的精度与运转效率。另外，当两个齿轮彼此啮合的区域受力分布不均匀，用于保护齿面的润滑油膜容易被切断，使各齿面更加容易磨损崩裂，减少齿轮组寿命。最明显的例子莫过于车辆变速箱，变速箱由多组齿轮组组合而成。当发生上述问题时，容易造成车辆在入档与退档时发生失效或顿挫感，入档时引擎也容易抖动或熄火，换档时会发出严重噪音，严重甚至会使变速箱的使用寿命缩减。

但是，应用了本实施例的齿轮啮合区域辨识系统100以及齿轮啮合区域辨识方法，可在齿轮的设计阶段就分析出客观而有效的修改意见，而不需要等到产品真正发生问题时才耗费人力与物力找出问题根源。使得齿轮产品具有动力传递损失少、齿轮安静运转、运转振动小与润滑油膜确实保护齿轮而提高齿轮组可靠度与耐久度的优点。

以上为本发明一实施例的齿轮啮合区域辨识系统与齿轮啮合区域辨识方法的主要技术方案以及所产生的功效的概略说明。以下将说明本发明的齿轮啮合区域辨识系统与齿轮啮合区域辨识方法的其他选择性技术方案，但本发明不局限于此。

请参照图1，本实施例的齿轮啮合区域辨识系统100可还包括一照明单元140、一中央处理器150、一显示装置160、一转动单元170、一影像输入单元182与一影像输出单元184。照明单元140用于在影像获取单元110获取影像信息时照明齿面30。照明单元140打光在齿面30上时，尽量以提供均匀的亮度分布为目的，同时避开曲面或金属表面所造成的杂光散射现象，以获取出齿面30的清晰且均匀亮度的影像信息。照明单元140可以是环型光源、点光源、穹型光源、平板式光源、条型光源、同轴光源等，但本发明不以此为限。中央处理器150耦接于影像处理单元130与储存单元120之间，并耦接影像获取单元110，可执行周边晶片初始化、数据处理、逻辑判断、量化统计与分析等功能。

显示装置160耦接影像获取单元110与影像处理单元130至少其中之一。显示装置160耦接影像获取单元110时，可以直接显示影像获取单元110所获取到但尚未经过处理的影像信息，必要时可以调整照明单元140的照射角度、齿轮50齿面的角度等。显示装置160耦接影像处理单元130时，可以显示处理后的影像信息，还可显示量化值的统计与分析图表。当然，显示装置160同时耦接影像获取单元110与影像处理单元130时，可同时显示上述各种信息或进行显示内容的切换。相似地，储存单元120也可储存未经处理的影像信息、处理后的影像信息、处理所得的量化值、由多个量化值所建立的数据库及/或分析图表等。中央处理器150例如是经由影像输入单元182而耦接于影像获取单元110，且中央处理器150例如是经由影像输出单元184而耦接于显示装置160。

转动单元170用于承载并驱动齿轮50，以便将齿轮50的齿面30转动至适合由影像获取单元110获取影像信息的角度。转动单元170可以是各类型的马达，可以由皮带轮带动或手动旋转。转动单元170可包括转动控制单元172，用于控制齿轮50的旋转角度。为了因应后续影像信息处理的需求，例如是降低外在变动因素，当获取多个不同的齿面30的影像信息时，可以相同的拍摄方向对每个齿面30进行影像获取。例如可利用感应器检测所要拍摄的齿面30，并对应地控制转动单元170旋转齿轮50而进行齿面30的定位作业。影像获取单元110也可直接移动到大型设备中进行齿面30影像的即时获取，而不需要将齿轮50由设备卸下以获取影像。

请参照图3，本实施例的齿轮啮合区域辨识方法进行步骤S40前，会先以颜色层52涂布齿面30上，如图4所示。颜色层52例如是红丹漆(铅丹漆)，但也可以是其它可均匀附着于齿面30的涂料，或是在制造齿轮50时以溅镀或其他方式形成在齿面30上的铜层或其他材料层。颜色层52主要是要提供不同于齿轮50本身材料的颜色。在进行步骤S40时，可以施加轻负载、重负载或是进行耐久测试的方式进行齿轮啮合运转。进行步骤S40后，齿面30上会产生残留颜色层52的非啮合区域32与颜色层52被部分移除的啮合区域31，如图4的实际影像信息或图2的示意图所示。

接着进行步骤S41，获取如图4的原始影像信息。然后进行步骤S42，例如由图1的影像处理单元130的影像校正电路132对原始影像信息进行曲面校正。步骤S42适合运用在齿面30为曲面的状况，而若齿面30为平面则可以省略步骤S42。在此，是针对图4中齿面30被框起部分进行曲面校正，以得到如图5A所示的影像信息。接着进行步骤S43，转换曲面校正后的影像信息以获得影像信息的色彩空间信息，例如可转换成RGB、LAB、HSV、YCbCr等色彩空间信息，以便于更容易辨识颜色层52。因此，可依据颜色层52的颜色特性而决定所要转换的目标色彩空间信息。

接着进行步骤S44，例如由图1的影像处理单元130的影像分割电路134进行影像区域分割，以得到如图5B所示的影像信息。图5B中，例如是以色块来区分不同位置及色彩范围的色彩空间信息。影像区域分割方法可应用分水岭法、型态学、小波转换法、尺度不辨特征转换法(SIFT)、二值化法、最大期望值演算法或其他方法。然后，由图1的影像处理单元130的影像合并电路136进行影像区域合并，以得到如图5C所示的影像信息。图5C中，以黑色标示啮合区域的范围。影像区域合并是将分割后具有相同特性的各区域合并，以确定如图2所示的啮合区域31的范围。影像区域合并方法可应用分水岭法、型态学、小波转换法、群聚法、类神经网路或其他方法。

接着根据如图5C所示的处理后的影像信息而获得啮合区域的量化值，此量化值可以是啮合区域的形心座标、总面积、轮廓、滚动面积、滑动面积或其他量化值。前述的内容都以取得单一齿轮单一齿面的啮合区域的量化值为例。但是，本发明的齿轮啮合区域辨识方法也可重复前述步骤S41至步骤S45，以获得单一齿轮组多个齿轮的多个齿面的多个啮合区域的多个量化值，或甚至是多个齿轮组的多个量化值，并在随后的步骤S47中建立这些量化值的数据库，以提供整个齿轮组的设计修改建议。

举例来说，图6标示了一个齿轮的43个啮合区域的形心座标。理想中，这43个啮合区域的形心座标应该要相同，也就是都啮合于相对的同一位置，例如是期望点A，但图6中却显示这些形心座标是杂乱无序的分布，且有几个齿面的形心座标的偏移量较大。齿轮的设计者就可以利用这样客观的统计资料准确地进行齿轮的设计修改，而不会像从前一样只能听从检测人员以肉眼观察所做出的主观修改建议。

综上所述，在本发明的齿轮啮合区域辨识系统与齿轮啮合区域辨识方法中，可分析啮合区域影像的量化值而得到客观的修改建议，并有效地修改齿轮的设计且避免人为判断的误差。如此，可快速、精准的改善齿轮之运转性能、啮合特性、耐久性、可靠度，并解决振动、噪音之问题，同时节省多次修改设计所耗费的人力与物力。

虽然本发明已以实施例发明如上，然其并非用于限定本发明，任何所属技术领域中具有通知常识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与修饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。