一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：a、相機的標定：采用CCD相機以固定角度對螺旋錐齒輪的齒面接觸區(qū)進行拍照，拍照時，利用標定板對相機進行標定，b、檢測圖像的拍攝：采用上述CCD相機以相同角度對涂有著色劑的螺旋錐齒輪的齒面接觸區(qū)進行拍照，劃定ROI區(qū)域；c、對ROI區(qū)域的圖像利用灰度差值進行接觸區(qū)邊緣拾取，確定接觸區(qū)在齒面上的實際位置和邊緣，并計算出接觸區(qū)的面積。本發(fā)明具有能夠檢測出螺旋錐齒輪接觸時的接觸區(qū)面積和接觸區(qū)所處相對位置，檢測精度高等優(yōu)點。
【專利說明】
-種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及齒輪檢測技術領域，特別的設及一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒 面接觸區(qū)的檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前，螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)檢測方法主要有目測法和數(shù)字圖像檢測法。目測法 是普遍采用的檢測方法之一，其檢測原理是將汽車后橋差速器安裝在滾動檢驗機上，在螺 旋錐齒輪的齒面上涂上著色劑，齒輪運轉致著色劑脫落后所得齒面接觸區(qū)。此檢測方法主 要依賴觀察者的經(jīng)驗，觀察者視角的相對位置相對于各個齒面都是不斷變化的，容易導致 人工檢測產(chǎn)品出現(xiàn)合格率和效率低下，受人為經(jīng)驗限制致使精確度不高且無法滿足實時在 線檢測，并且目測法只能進行定性的分析，無法定量檢測。
[0003] 而數(shù)字圖像檢測法主要有兩種，一種是利用雙目視覺檢測技輪齒接觸區(qū)。根據(jù)大 齒輪的轉動攝錄連續(xù)輪齒的各接觸區(qū)，圖像數(shù)字化處理后存儲W備分析，可獨顯或若干交 互重合W顯示接觸區(qū)變化。但是，該方法的缺點是雙目CO)攝像機易受視場限制，測量范圍 小、標定復雜且價格昂貴。另一種是將輪齒表面進行著色處理并用CO)攝像機拍攝輪齒表面 圖像存儲。隨后齒輪對接觸曬合并用照相機看輪齒表面W獲得另一組成像。然后將接觸后 各輪齒成像減去未接觸的相應成像，所得成像差值就是接觸區(qū)。但是，該方法的缺點是接觸 成像不能分配到具體的坐標系中，不能得到接觸區(qū)在輪齒上的相對位置和真實面積。
[0004] 因此亟需一種螺旋錐齒輪接觸區(qū)的檢測方法，經(jīng)濟有效的檢測出螺旋錐齒輪接觸 時的接觸區(qū)面積和接觸區(qū)所處相對位置，運對增加齒輪的裝配精度和使用壽命具有重要意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何提供一種能夠檢 測出螺旋錐齒輪接觸時的接觸區(qū)面積和接觸區(qū)所處相對位置的汽車后橋差速器中螺旋錐 齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案：
[0007] -種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征在于，包括如 下步驟：
[0008] a、相機的標定:采用CCD相機W固定角度對螺旋錐齒輪的齒面接觸區(qū)進行拍照，拍 照時，利用標定板對相機進行標定，確定齒面上任意兩點的實際距離與相機中對應兩點的 像素距離之間的轉換比例，找出轉換比例最小的兩點，并選取兩點的中點為相機的坐標原 占. '?、、，
[0009] b、檢測圖像的拍攝:采用上述CCD相機W相同角度對涂有著色劑的螺旋錐齒輪的 齒面接觸區(qū)進行拍照，劃定ROI區(qū)域；
[0010] C、對ROI區(qū)域的圖像利用灰度差值進行接觸區(qū)邊緣拾取，獲取接觸區(qū)邊緣上的各 點到相機的坐標原點之間的像素值，并將該像素值與對應的轉換比例相乘，從而確定接觸 區(qū)在齒面上的實際位置和邊緣，并計算出接觸區(qū)的面積。
[0011] 作為優(yōu)化，所述步驟a中，利用標定板對相機進行標定，具體還包括如下步驟：
[0012] al、將標定板平鋪在齒輪的齒頂，調(diào)整標定板的位置，使CCD相機視窗中的標定板 圖像邊緣與視窗邊緣平行，拍攝第一張照片，然后將標定板在齒輪的齒頂上沿齒輪的順時 針或逆時針移動，并拍攝圖像，確保標定板覆蓋過視窗中的齒輪的所有區(qū)域;根據(jù)標定板上 圖案的實際間距與相機中相應圖案的像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機 在齒頂面上各點的崎變系數(shù)；
[0013] a2、將標定板依次放在視窗內(nèi)的每一個齒槽內(nèi)，并靠在正對相機的齒面上，沿齒槽 方向移動標定板，拍攝每次移動后的圖像;根據(jù)標定板上圖案的實際間距與相機中相應圖 案的像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機在每個齒槽深度方向上各點的崎 變系數(shù)。
[0014] 運樣，有利于獲取更加準確的崎變系數(shù)，在對圖像進行校正時更加準確，有利于提 局檢測的精度。
[0015] 作為優(yōu)化，所述步驟a中，標定板在CCD相機視窗中的圖像小于視窗的四分之一。運 樣，可W保證拍攝過程中，盡量多的圖片能夠包含完整的標定板圖像，有利于提高CCD相機 的標定精度。
[0016] 作為優(yōu)化，所述步驟a中，在CCD相機視窗中的標定板圖像上的黑白陣列灰度的差 值大于100。運樣，當黑白陣列灰度的差值大于100,能夠提高接觸區(qū)邊緣拾取準確性，有利 于提局檢測的精度。
[0017] 作為優(yōu)化，所述步驟C中計算出接觸區(qū)的面積，還包括如下步驟：
[0018] cl、對ROI區(qū)域的圖像進行接觸區(qū)邊緣拾取后，將圖像轉化成二值圖，設圖像中的 物體對應的像素位置坐標為(Xi，yj)，其中，i = 0，1，…，n-1; j = 0，1，? ? ?，m-1;m，n為自然數(shù)， 則所有接觸區(qū)的面屯、位置坐標為：
[0019]
[0020]
[0021] 從而確定接觸區(qū)的中屯、相對于齒面的角點和邊緣的相對位置。
[0022] 進一步優(yōu)化，通過CCD相機所獲取的圖像讀取其中接觸區(qū)及邊緣的像素數(shù)目，確定 接觸區(qū)圖像的面積，接觸區(qū)面積公式為：
[0023]
[0024] 式中，M為y方向像素個數(shù)，，N為X方向像素個數(shù)。
[0025] 運樣，通過統(tǒng)計接觸區(qū)邊緣內(nèi)部和接觸區(qū)邊緣上的像素數(shù)目就確定可W確定接觸 區(qū)的實際面積，對于二值圖，若1表示接觸區(qū)域圖像，用0表示未接觸區(qū)域圖像，其像素個數(shù) 即為f(x，y) = l的統(tǒng)計個數(shù)，通過像素個數(shù)即可得出接觸區(qū)的實際面積。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明具有能夠檢測出螺旋錐齒輪接觸時的接觸區(qū)面積和接觸區(qū)所處 相對位置，檢測精度高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0027] 圖1為一種實施本方法所采用的檢測裝置的結構示意圖。
[0028] 圖2為汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪接觸區(qū)示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合一種實施本方法所采用的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的 檢測裝置及其附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0030] 具體實施時，如圖1~圖2所示，一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的 檢測裝置，包括：
[0031] -個汽車后橋差速器驅動裝置，包括底板11、安裝在底板11上用于支撐汽車后橋 差速器的差速器支撐座12, W及用于驅動汽車后橋差速器旋轉的電機13;
[0032] -個機器視覺系統(tǒng)，包括工業(yè)計算機21，W及W固定的角度朝向待檢測螺旋錐齒 輪齒面設置的CCD相機22;所述工業(yè)計算機21內(nèi)設置有圖像采集卡，所述CCD相機22的數(shù)據(jù) 傳輸端連接到所述圖像采集卡。
[0033] -個測控系統(tǒng)，包括化C控制器，W及用于驅動所述電機13的電機控制器，所述電 機控制器和所述工業(yè)計算機21均電連接至所述化C控制器。
[0034] 檢測前，先將待檢測汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪進行清洗，然后將清洗后的汽 車后橋差速器安裝在差速器支撐座上，并用聯(lián)軸器將汽車后橋差速器的主傳動軸與電機的 輸出軸相連;使用著色劑對汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪的輪齒進行定量著色;檢測時，由 PLC控制器通過電機控制器驅動電機旋轉，帶動汽車后橋差速器轉動，同時采用CCD相機對 螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)進行拍照，并將照片通過數(shù)據(jù)傳輸端輸送到圖像采集卡中，完成圖 像的采集。上述裝置能夠方便地實現(xiàn)對汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的信息采 集，結構簡單，制造成本較低，操作方便。
[0035] 實施時，所述機器視覺系統(tǒng)還包括用于增強待檢測螺旋錐齒輪齒面區(qū)域的光照效 果的補光燈，所述補光燈通過補光燈支架安裝在所述底板11上。運樣，通過補光燈增強待檢 測螺旋錐齒輪齒面區(qū)域的光照效果，能夠使CCD相機拍攝的照片更加清晰，有利于提高信息 采集的準確性。
[0036] 實施時，所述補光燈支架包括由下向上依次嵌套設置的若干個伸縮桿，最里層的 伸縮桿的頂部設置有能夠繞頂點旋轉的補光燈安裝座，所述補光燈固定設置在所述補光燈 安裝座上。
[0037] 使用時，可W通過伸縮桿調(diào)整補光燈支架的高度，然后將補光燈安裝座繞最里層 的伸縮桿的頂部旋轉，調(diào)整補光燈的補光角度。運樣，能夠進一步提高照片的清晰度，提高 信號采集的準確性。
[0038] 實施時，所述測控系統(tǒng)還包括用于檢測輪齒位置的光電傳感器，所述光電傳感器 與所述化C控制器相連;所述化C控制器具有用于控制CCD相機的快口工作的快口輸出端，所 述快口輸出端電連接至所述CCD相機。
[0039] 檢測時，光電傳感器一旦檢測到設定的輪齒位置，并將檢測信號輸入到化C控制器 中，PLC控制器根據(jù)該信號通過快口輸出端控制CC時扣幾的快口工作，對螺旋錐齒輪齒面接 觸區(qū)進行拍照，有利于提高拍照區(qū)域的一致性，進而提高信號采集的準確性。
[0040] 實施時，所述CCD相機22上安裝有遠屯、鏡頭，所述遠屯、鏡頭內(nèi)具有帶通濾光片。
[0041] 運樣，采用遠屯、鏡頭可W實現(xiàn)焦距的調(diào)節(jié)、視場的調(diào)節(jié)W及放大倍率的調(diào)節(jié)，避免 采集的圖像失真，有利于提高圖像采集精度。帶通濾光片可W實現(xiàn)光譜的過濾，避免其他波 長的光線對圖像采集的干擾，提高圖像采集精度。
[0042] 具體檢測時，采用如下步驟完成檢測；
[0043] a、相機的標定:采用CCD相機W固定角度對螺旋錐齒輪的齒面接觸區(qū)進行拍照，拍 照時，利用標定板對相機進行標定，確定齒面上任意兩點的實際距離與相機中對應兩點的 像素距離之間的轉換比例，找出轉換比例最小的兩點，并選取兩點的中點為相機的坐標原 占. '?、、，
[0044] b、檢測圖像的拍攝:采用上述CCD相機W相同角度對涂有著色劑的螺旋錐齒輪的 齒面接觸區(qū)進行拍照，劃定ROI區(qū)域；
[0045] C、對ROI區(qū)域的圖像利用灰度差值進行接觸區(qū)邊緣拾取，獲取接觸區(qū)邊緣上的各 點到相機的坐標原點之間的像素值，并將該像素值與對應的轉換比例相乘，從而確定接觸 區(qū)在齒面上的實際位置和邊緣，并計算出接觸區(qū)的面積。
[0046] 具體的，所述步驟a中，利用標定板對相機進行標定，具體還包括如下步驟：
[0047] al、將標定板平鋪在齒輪的齒頂，調(diào)整標定板的位置，使CCD相機視窗中的標定板 圖像邊緣與視窗邊緣平行，拍攝第一張照片，然后將標定板在齒輪的齒頂上沿齒輪的順時 針或逆時針移動，并拍攝圖像，確保標定板覆蓋過視窗中的齒輪的所有區(qū)域;根據(jù)標定板上 圖案的實際間距與相機中相應圖案的像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機 在齒頂面上各點的崎變系數(shù)；
[0048] a2、將標定板依次放在視窗內(nèi)的每一個齒槽內(nèi)，并靠在正對相機的齒面上，沿齒槽 方向移動標定板，拍攝每次移動后的圖像;根據(jù)標定板上圖案的實際間距與相機中相應圖 案的像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機在每個齒槽深度方向上各點的崎 變系數(shù)。
[0049] 運樣，有利于獲取更加準確的崎變系數(shù)，在對圖像進行校正時更加準確，有利于提 高檢測的精度。
[0050] 具體地，所述步驟a中，標定板在CCD相機視窗中的圖像小于視窗的四分之一。運 樣，可W保證拍攝過程中，盡量多的圖片能夠包含完整的標定板圖像，有利于提高CCD相機 的標定精度。
[0051] 具體地，所述步驟a中，在CCD相機視窗中的標定板圖像上的黑白陣列灰度的差值 大于100。運樣，當黑白陣列灰度的差值大于100,能夠提高接觸區(qū)邊緣拾取準確性，有利于 提局檢測的精度。
[0052] 具體地，所述步驟C中計算出接觸區(qū)的面積，還包括如下步驟：
[0053] cl、對ROI區(qū)域的圖像進行接觸區(qū)邊緣拾取后，將圖像轉化成二值圖，設圖像中的 物體對應的像素位置坐標為(Xi，yj)，其中，i = 0，1，…，n-1; j = 0，1，? ? ?，m-1;m，n為自然數(shù)， 則所有接觸區(qū)的面屯、位置坐標為：
[0化4]
[0化5]
[0056] 從而確定接觸區(qū)的中屯、相對于齒面的角點和邊緣的相對位置。
[0057] 具體地，通過CCD相機所獲取的圖像讀取其中接觸區(qū)及邊緣的像素數(shù)目，確定接觸 區(qū)圖像的而巧-按々*反而巧/A式為.
[0化引
[0059] 式中，M為y方向像素個數(shù)，，賦JX方向像素個數(shù)。
[0060] 運樣，通過統(tǒng)計接觸區(qū)邊緣內(nèi)部和接觸區(qū)邊緣上的像素數(shù)目就確定可W確定接觸 區(qū)的實際面積，對于二值圖，若1表示接觸區(qū)域圖像，用0表示未接觸區(qū)域圖像，其像素個數(shù) 即為f(x，y) = l的統(tǒng)計個數(shù)，通過像素個數(shù)即可得出接觸區(qū)的實際面積。
[0061] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不W本發(fā)明為限制，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征在于，包括如下 步驟： a、 相機的標定：采用CCD相機以固定角度對螺旋錐齒輪的齒面接觸區(qū)進行拍照，拍照 時，利用標定板對相機進行標定，確定齒面上任意兩點的實際距離與相機中對應兩點的像 素距離之間的轉換比例，找出轉換比例最小的兩點，并選取兩點的中點為相機的坐標原點； b、 檢測圖像的拍攝:采用上述CCD相機以相同角度對涂有著色劑的螺旋錐齒輪的齒面 接觸區(qū)進行拍照，劃定ROI區(qū)域； c、 對ROI區(qū)域的圖像利用灰度差值進行接觸區(qū)邊緣拾取，獲取接觸區(qū)邊緣上的各點到 相機的坐標原點之間的像素值，并將該像素值與對應的轉換比例相乘，從而確定接觸區(qū)在 齒面上的實際位置和邊緣，并計算出接觸區(qū)的面積。2. 如權利要求1所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征 在于，所述步驟a中，利用標定板對相機進行標定，具體還包括如下步驟： al、將標定板平鋪在齒輪的齒頂，調(diào)整標定板的位置，使CCD相機視窗中的標定板圖像 邊緣與視窗邊緣平行，拍攝第一張照片，然后將標定板在齒輪的齒頂上沿齒輪的順時針或 逆時針移動，并拍攝圖像，確保標定板覆蓋過視窗中的齒輪的所有區(qū)域;根據(jù)標定板上圖案 的實際間距與相機中相應圖案的像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機在齒 頂面上各點的畸變系數(shù)； a2、將標定板依次放在視窗內(nèi)的每一個齒槽內(nèi)，并靠在正對相機的齒面上，沿齒槽方向 移動標定板，拍攝每次移動后的圖像;根據(jù)標定板上圖案的實際間距與相機中相應圖案的 像素距離，即可確定各點之間的轉換比例，確定相機在每個齒槽深度方向上各點的畸變系 數(shù)。3. 如權利要求1所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征 在于，所述步驟a中，標定板在CCD相機視窗中的圖像小于視窗的四分之一。4. 如權利要求1所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征 在于，所述步驟a中，在CCD相機視窗中的標定板圖像上的黑白陣列灰度的差值大于100。5. 如權利要求1所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征 在于，所述步驟c中計算出接觸區(qū)的面積，還包括如下步驟： cl、對ROI區(qū)域的圖像進行接觸區(qū)邊緣拾取后，將圖像轉化成二值圖，設圖像中的物體 對應的像素位置坐標為(xi，yj)，其中，i = 0，1，…，n-1; j = 0，1，…，m-1;m，η為自然數(shù)，則所 有接觸區(qū)的面心位置坐標為：從而確定接觸區(qū)的中心相對于齒面的角點和邊緣的相對位置。6. 如權利要求5所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測方法，其特征 在于，通過CCD相機所獲取的圖像讀取其中接觸區(qū)及邊緣的像素數(shù)目，確定接觸區(qū)圖像的面 積，接觸區(qū)面積公式為：式中，Μ為y方向像素個數(shù)，，N為x方向像素個數(shù)。
【文檔編號】G01M13/00GK105954021SQ201610379294
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】郝建軍, 蔣碩, 錢廣順, 周杰, 石鈞仁, 黃繼鑫
【申請人】重慶理工大學