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

【摘要】：結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)以光學(xué)和電學(xué)中的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)，獲取并處理被測(cè)物體表面與結(jié)構(gòu)光相接處的圖像來(lái)重構(gòu)被測(cè)物體的三維幾何信息，可主要用于復(fù)雜曲面或自由曲面的三維測(cè)量。將結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)中的零件尺寸測(cè)量，具有非接觸、速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，因此結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。 齒輪是機(jī)械工業(yè)中一種重要的傳動(dòng)零件，直齒圓柱齒輪的應(yīng)用尤為廣泛，隨著對(duì)齒輪質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)齒輪的測(cè)量也提出了更加嚴(yán)格的要求。測(cè)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(jìn)的齒輪測(cè)量技術(shù)對(duì)齒輪制造技術(shù)的整體提高有著非常重要的推動(dòng)作用。 當(dāng)齒輪存在較大的齒形誤差時(shí)，工作齒形已不是正確的漸開(kāi)線齒形，其嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)理論上已經(jīng)不再符合齒輪基本定律，導(dǎo)致瞬時(shí)傳動(dòng)比發(fā)生變化，影響齒輪傳動(dòng)的工作平穩(wěn)性。因此，齒輪齒形誤差的測(cè)量在齒輪各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量中尤為重要。本文建立以CCD攝像機(jī)、光學(xué)鏡頭、半導(dǎo)體激光器以及計(jì)算機(jī)為主要組成部分的結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)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(jué)技術(shù)的齒輪漸開(kāi)線齒形誤差的測(cè)量方法。 首先，本文分析了結(jié)構(gòu)光視覺(jué)模型，該模型分為兩部分：對(duì)于CCD攝像機(jī)的成像模型，基于小孔成像原理的假設(shè)，建立非線性的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并利用經(jīng)典的兩步標(biāo)定法對(duì)模型中各參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；對(duì)于結(jié)構(gòu)光光平面的參數(shù)模型，在分析了傳統(tǒng)標(biāo)定法的基礎(chǔ)上，提出了基于全局參數(shù)的改進(jìn)標(biāo)定法，優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)變量，有效的提高了結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定精度。最后，結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)表明，采用6幅共面標(biāo)靶圖像，將光條寬度控制在5個(gè)像素左右可以得到最佳的標(biāo)定結(jié)果。 其次，本文根據(jù)被測(cè)直齒圓柱齒輪的幾何特征，建立了漸開(kāi)線齒廓的測(cè)量模型。針對(duì)測(cè)量時(shí)結(jié)構(gòu)光光平面與齒輪回轉(zhuǎn)軸線不垂直的問(wèn)題，建立了基于回轉(zhuǎn)軸線方向的偽光平面，并將通過(guò)結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)重構(gòu)的目標(biāo)點(diǎn)投影到這個(gè)平面上，在垂直于回轉(zhuǎn)軸線的方向上形成一條漸開(kāi)線。為了簡(jiǎn)化齒形誤差的計(jì)算，本文在偽光平面上建立局部坐標(biāo)系，將被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成光平面上的二維坐標(biāo)，并在此二維直角坐標(biāo)系下，按坐標(biāo)法給出了基圓半徑和漸開(kāi)線齒形誤差的計(jì)算方法。 為了提高結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)量的分辨率，從圖像中獲取光條中心點(diǎn)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(diǎn)檢測(cè)方法。針對(duì)經(jīng)典的Steger光條中心點(diǎn)檢測(cè)方法，討論了各參數(shù)的最優(yōu)值選擇。針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的不足，本文提出了一種基于量塊尺寸的精度評(píng)價(jià)方法，將實(shí)際尺寸測(cè)量誤差作為精度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，更符合測(cè)量的實(shí)際要求。 最后，通過(guò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的直齒圓柱齒輪漸開(kāi)線齒形誤差的結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量方法的精度。實(shí)驗(yàn)分為測(cè)量基圓誤差和測(cè)量漸開(kāi)線齒形誤差兩部分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)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(duì)測(cè)量精度無(wú)明顯影響。齒輪的模數(shù)越大，本文的測(cè)量方法的測(cè)量精度也越高。 本文的研究工作對(duì)發(fā)展結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的工程應(yīng)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(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH132.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1835504