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基于视觉引导的激光齿轮倒角测量方法研究

作　者: 张硕
导　师: 许增朴
学　校: 天津科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 倒角齿轮 机器视觉 激光位移传感器 视觉定位 两级测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文提出了一种基于机器视觉引导的激光齿轮倒角测量方法。该方法可通过视觉传感器和激光传感器,分步骤对齿轮倒角轮廓进行快速精密地测量。利用视觉及激光的检测技术可实现非接触式测量,具有速度快、精度高、无机械卡具等特点。其中视觉部分是采用摄像机对齿轮倒角轮廓进行测量,计算出齿轮的位置信息后,计算机进行测量路径规划,并发出指令至驱动系统,控制激光传感器快速运动,以实现对齿轮倒角轮廓的精密测量。倒角齿轮主要应用于汽车的变速箱中,倒角齿轮的质量直接影响了换挡及运动传递的平稳性。目前广泛采用的齿轮倒角测量方法多为接触式。在测量过程中,探针与工件表面相接触,容易导致工件表面磨损。在进行多截面测量时,需要重新装卡定位,影响了测量的速度及精度。本文根据上述问题,研究了两级非接触测量方法,利用视觉传感器的快速性和激光传感器的高精度特性,对齿轮倒角轮廓进行测量。本课题研究的主要内容包括：1.总结齿轮参数测量的方法及机器视觉测量的方法,提出了一种基于机器视觉及激光传感器的两级非接触式测量方法,并设计了倒角齿轮轮廓参数的测量方案。2.设计了齿轮倒角测量系统的整体结构,包括测量系统的硬件设计及软件结构设计。初步实现了基于视觉的定位,激光位移传感器精密测量的两级测量,并设计了倒角齿轮轮廓测量方法的测量路径。3.根据测量参数的要求,利用Visual C++6.0开发了测量系统的控制软件及绘图软件,基本上实现了倒角齿轮的视觉定位及齿轮轮廓的多截面测量。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
1 前言  9-14
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究背景及意义  9
  1.3 课题研究方法的发展及国内外现状  9-12
    1.3.1 齿轮参数测量技术的发展  9-10
    1.3.2 机器视觉检测技术发展现状及应用  10-11
    1.3.3 国外研究现状  11-12
    1.3.4 国内研究现状  12
  1.4 本文研究内容  12-13
    1.4.1 硬件系统设计  13
    1.4.2 软件结构设计  13
  1.5 论文的结构组织安排  13-14
2 测量系统工作原理  14-24
  2.1 测量的对象及参数  14-15
    2.1.1 测量对象  14
    2.1.2 测量参数  14-15
  2.2 倒角齿轮加工原理  15-17
    2.2.1 卧式倒角机  15
    2.2.2 立式倒角机  15-17
  2.3 测量系统工作原理  17
  2.4 测量系统方案设计  17-23
    2.4.1 测量系统整体方案设计  17-18
    2.4.2 机器视觉测量原理  18-21
    2.4.3 激光三角法测量原理  21-23
    2.4.4 X-Y移动平台控制原理  23
  2.5 本章小结  23-24
3 测量系统硬件平台的设计  24-31
  3.1 机器视觉测量系统  24-26
    3.1.1 机器视觉技术  24
    3.1.2 机器视觉测量系统组成  24-25
    3.1.3 摄像机的相关特性参数  25-26
  3.2 激光位移传感器  26-28
  3.3 X-Y高精密移动平台  28-30
    3.3.1 移动平台机构设计及其技术特性  28-29
    3.3.2 移动平台控制器设计  29-30
  3.4 本章小结  30-31
4 机器视觉定位系统标定方法的研究  31-40
  4.1 摄像机标定的原理及意义  31-32
  4.2 摄像机标定方法  32-34
    4.2.1 传统标定方法  32-33
    4.2.2 自标定方法  33
    4.2.3 基于主动视觉的标定方法  33-34
  4.3 机器视觉定位系统标定方法的研究及实验  34-38
    4.3.1 摄像机针孔成像模型及其成像原理  34-36
    4.3.2 非线性模型  36-38
  4.4 视觉测量系统的软件实现  38-39
  4.5 本章小结  39-40
5 图像处理方法及其在视觉测量系统中的应用  40-55
  5.1 图像预处理技术  40
  5.2 图像滤波  40-42
  5.3 图像分割  42-47
    5.3.1 象素分类  42-43
    5.3.2 目标分类  43-46
    5.3.3 特征提取  46-47
  5.4 边缘检测  47-54
    5.4.1 边缘检测算法的性能分析  48-50
    5.4.2 边缘检测算法分析  50-54
  5.5 本章小结  54-55
6 软件系统设计及应用  55-67
  6.1 测量系统软件结构  55-56
  6.2 软件主要模块设计  56-61
    6.2.1 机器视觉测量模块设计  56-57
    6.2.2 运动控制模块  57-61
  6.3 系统软件实现  61-66
    6.3.1 轮廓拟合  62-66
  6.4 本章小结  66-67
7 实验及误差分析  67-72
  7.1 误差分类  67
  7.2 实验结果及误差分析  67-71
  7.3 本章小结  71-72
8 结论与展望  72-73
9 参考文献  73-78
10 攻读硕士学位期间发表论文情况  78-79
11 致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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