本文選題：結(jié)構(gòu)光視覺 + 直齒圓柱齒輪�。� 參考：《吉林大學》2014年博士論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)光視覺技術(shù)以光學和電學中的物理現(xiàn)象為基礎，獲取并處理被測物體表面與結(jié)構(gòu)光相接處的圖像來重構(gòu)被測物體的三維幾何信息，可主要用于復雜曲面或自由曲面的三維測量。將結(jié)構(gòu)光視覺技術(shù)應用于機械工業(yè)中的零件尺寸測量，具有非接觸、速度快、自動化程度高等優(yōu)點，因此結(jié)構(gòu)光視覺技術(shù)在機械工業(yè)領域中的應用越來越受到人們的關注。 齒輪是機械工業(yè)中一種重要的傳動零件，直齒圓柱齒輪的應用尤為廣泛，隨著對齒輪質(zhì)量的要求越來越高，對齒輪的測量也提出了更加嚴格的要求。測量精度的發(fā)展影響著制造技術(shù)的提高，，因此研究更加先進的齒輪測量技術(shù)對齒輪制造技術(shù)的整體提高有著非常重要的推動作用。 當齒輪存在較大的齒形誤差時，工作齒形已不是正確的漸開線齒形，其嚙合點的運動理論上已經(jīng)不再符合齒輪基本定律，導致瞬時傳動比發(fā)生變化，影響齒輪傳動的工作平穩(wěn)性。因此，齒輪齒形誤差的測量在齒輪各項參數(shù)的測量中尤為重要。本文建立以CCD攝像機、光學鏡頭、半導體激光器以及計算機為主要組成部分的結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)，利用直齒圓柱齒輪的幾何特征，提出了一種基于結(jié)構(gòu)光視覺技術(shù)的齒輪漸開線齒形誤差的測量方法。 首先，本文分析了結(jié)構(gòu)光視覺模型，該模型分為兩部分：對于CCD攝像機的成像模型，基于小孔成像原理的假設，建立非線性的坐標轉(zhuǎn)換關系，并利用經(jīng)典的兩步標定法對模型中各參數(shù)進行標定；對于結(jié)構(gòu)光光平面的參數(shù)模型，在分析了傳統(tǒng)標定法的基礎上，提出了基于全局參數(shù)的改進標定法，優(yōu)化了整個系統(tǒng)的參數(shù)變量，有效的提高了結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)的標定精度。最后，結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標定實驗表明，采用6幅共面標靶圖像，將光條寬度控制在5個像素左右可以得到最佳的標定結(jié)果。 其次，本文根據(jù)被測直齒圓柱齒輪的幾何特征，建立了漸開線齒廓的測量模型。針對測量時結(jié)構(gòu)光光平面與齒輪回轉(zhuǎn)軸線不垂直的問題，建立了基于回轉(zhuǎn)軸線方向的偽光平面，并將通過結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)重構(gòu)的目標點投影到這個平面上，在垂直于回轉(zhuǎn)軸線的方向上形成一條漸開線。為了簡化齒形誤差的計算，本文在偽光平面上建立局部坐標系，將被測點的三維坐標轉(zhuǎn)換成光平面上的二維坐標，并在此二維直角坐標系下，按坐標法給出了基圓半徑和漸開線齒形誤差的計算方法。 為了提高結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)測量的分辨率，從圖像中獲取光條中心點的亞像素位置是必要的。本文分析了幾種亞像素光條中心點檢測方法。針對經(jīng)典的Steger光條中心點檢測方法，討論了各參數(shù)的最優(yōu)值選擇。針對傳統(tǒng)評價方法的不足，本文提出了一種基于量塊尺寸的精度評價方法，將實際尺寸測量誤差作為精度評價準則，更符合測量的實際要求。 最后，通過測量實驗驗證了本文提出的直齒圓柱齒輪漸開線齒形誤差的結(jié)構(gòu)光視覺測量方法的精度。實驗分為測量基圓誤差和測量漸開線齒形誤差兩部分。實驗結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)光視覺測量系統(tǒng)平臺的安裝位置、齒輪的齒數(shù)、結(jié)構(gòu)光光平面與齒輪橫截面的夾角對測量精度無明顯影響。齒輪的模數(shù)越大，本文的測量方法的測量精度也越高。 本文的研究工作對發(fā)展結(jié)構(gòu)光視覺測量技術(shù)的工程應用具有一定的意義。
[Abstract]:Based on the physical phenomena in optics and electricity , the structured light vision technology is used to reconstruct the three - dimensional geometric information of the object under test and to reconstruct the three - dimensional geometric information of the object to be measured . It can be applied to the measurement of the dimension of the part in the mechanical industry . It has the advantages of non - contact , high speed , high degree of automation , etc . The application of the structured optical vision technology in the field of mechanical industry is more and more attention .

Gear is an important transmission part in the mechanical industry , the application of spur gear is especially wide . As the requirement of gear quality is more and more high , the measurement of gear is more strict . The development of measurement precision affects the improvement of manufacturing technology . Therefore , it is very important to study the more advanced gear measurement technology to improve the overall improvement of gear manufacturing technology .

In this paper , the measurement of gear tooth profile error is very important in the measurement of gear parameters .

Firstly , the structure light vision model is analyzed , and the model is divided into two parts : for the imaging model of CCD camera , based on the assumption of pinhole imaging principle , a nonlinear coordinate conversion relationship is established , and the parameters in the model are calibrated by using the classical two - step calibration method ;
On the basis of analyzing the traditional calibration method , the parameter variable of the whole system is optimized , and the calibration accuracy of the structure optical vision system is improved effectively . Finally , the calibration experiment of the structure light system shows that the optimal calibration result can be obtained by controlling the width of the light bar around 5 pixels by using six coplanar target images .

In order to simplify the calculation of the tooth profile error , a local coordinate system is established on the pseudo light plane , and the three - dimensional coordinates of the measured point are converted into two - dimensional coordinates on the optical plane .

In order to improve the resolution of the measurement of the structure optical vision system , it is necessary to obtain the sub - pixel position of the center point of the light bar from the image .

In the end , the accuracy of the structured light vision measurement method for the involute profile error of the straight - tooth cylindrical gear is verified by the measurement experiment . The experiment is divided into two parts : measuring the base circle error and measuring the tooth profile error of the involute gear . The experimental results show that the angle between the installation position of the platform of the structured light vision measuring system , the number of teeth of the gear , the plane of the structured light and the cross section of the gear has no obvious influence on the measurement accuracy . The larger the modulus of the gear , the higher the measurement accuracy of the measurement method in this paper .

The research work of this paper has certain meaning to the engineering application of the development structure light vision measurement technology .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH132.41

【參考文獻】

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本文編號：1835504