一种基于视觉的精密齿形轮廓检测仪的制作方法

1.本发明涉及测量，尤其是涉及一种基于视觉的精密齿形轮廓检测仪。


背景技术：

2.随着制造业的发展，对齿轮类零件的加工精度要求越来越高，齿形轮廓是齿轮类零件加工精度评估的关键指标，市场对于齿形轮廓检测设备的需求越来越大，同时对齿形轮廓测量成本以及测量结果准确性的要求也越来越高，目前国内外市场上大批量生产的齿轮类零件中，以摆线轮齿廓、谐柔轮齿廓以及小模数齿轮齿形轮廓的测量技术长期以来一直难以突破。一方面，测头直径越小，对齿形轮廓误差信息的测量越完善。但传统刚性测头的直径越小与测头连接的测量杆越纤细，测头整体的制造价格越昂贵。以三坐标为代表的精密测量仪器使用的是接触式测量方案，通过球形测头受力后通过测头杆的位移读取数据后计算出被测齿轮工件的轮廓数据，纤细的测头杆在受力情况下自身会产生变形，影响测量精度。且在测量过程中纤细的测头极易损坏，造成齿形轮廓精确测量的成本极高。另一方面，齿形轮廓的精确测量与测量仪器的运动轴控制方案有关，例如rv减速器核心零部件摆线轮齿形轮廓的测量要求是对完整封闭的所有齿形轮廓的法向误差进行测量，三坐标测量仪器通过直线轴插补移动，测头移动过程中直线插补运动的误差可能会影响齿形轮廓的测量精度。
3.因此有必要针对上述的多个现象及问题对现有的齿形轮廓精确测量方案以改进，提出一种基于视觉的精密齿形轮廓检测仪。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处而提供一种基于视觉的精密齿形轮廓检测仪，包括顶板、立柱、底板、水平调节装置、工件安装座、伺服电机、精密减速器、测量臂、伺服光纤测头、镜头安装座、双远心镜头、工业相机、遮光板，所述顶板通过四个立柱与底板连接整体形成高刚度高热稳定性的机身，底板上安装有水平调节装置，工件安装座和伺服电机固定安装在底板上，精密减速器输出端安装有测量臂，伺服光纤测头安装在测量臂上，双远心镜头通过镜头安装座与顶板连接，工业相机与双远心镜头连接，机身多个侧面均安装有遮光板。
5.作为上述方案的优选，所述的伺服电机为结构紧凑的扁平式无框电机，无框电机的定子线圈固定安装在电机壳体上，电机壳体与电机座连接，电机座固定安装在底板上，电机转子通过连接件与精密减速器输入轴连接，连接件上安装有精密圆光栅，光栅读头固定安装在电机座上，精密减速器为零背隙的精密减速器。
6.作为上述方案的优选，所述的伺服光纤测头包括伺服推杆和光纤测头，光纤测头安装在伺服推杆的末端，伺服推杆通过光栅尺对位移量进行闭环控制，光纤测头为标准球形测头，球形测头部分通过光纤导光可以自发光，使得视觉捕捉球形测头的轮廓边界更加清晰，光纤测头被标定后直径参数确定，测头直径根据待测量工件的尺寸进行调整，用于模
数小于0.5的小模数齿轮齿形轮廓测量的光纤测头直径可以小于0.3mm。
7.作为上述方案的优选，所述的被测量的齿轮工件通过工件安装座固定在底板上，测量过程中被测量的齿轮工件没有位移，双远心镜头通过镜头安装座固定在顶板上，测量过程中没有位移，视场稳定，测量过程中仅有光纤测头绕被测量的齿轮工件进行回转和径向移动，通过工业相机和双远心镜头组成的视觉系统捕捉光纤测头的球形测头外边缘轮廓坐标，根据轮廓坐标计算测头中心坐标，基于已知的球形测头直径可以计算出被测量的齿轮工件的完整的轮廓数据，实现对摆线轮类工件齿形轮廓的连续封闭式测量。
8.作为上述方案的优选，所述的顶板通过四个等高斜置立柱与底板连接形成形成几何对称的四菱锥体机身，机身整体结构刚度高，温度变化引起的机身热变形对工件测量的影响小，遮光板用于遮挡外部光线，降低外部光线对光纤测头轮廓图像采集的影响。
9.本发明的有益效果在于：测量过程中待测工件的位置固定，没有工件移动误差的影响，其次双远心镜头的视场固定，没有镜头移动误差的影响。根据光纤测头自发光的特性，结合精密机械装置控制测头与工件表面连续接触，通过高精度的双远心镜头和工业相机进行图像采集，使用简单的图像处理算法即可实现对测头轮廓中心坐标的精确计算，实现对包括摆线轮齿廓、谐波柔轮齿廓、小模数齿轮齿形轮廓在内的任意齿轮类工件齿形轮廓的精确测量。测量期间由于测头始终与工件表面接触，机械装置的运动误差对测量结果不产生影响。立柱外侧安装有多个遮光板，可有效降低外部光照环境对测头轮廓图像采集精度的影响，因此本发明具有低成本、结构紧凑、测量精度高、可靠性高等优点。
10.附图说明：为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
11.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的局部结构剖视图；图3为本发明的测量工作原理示意图；图中符号说明1-顶板；2-立柱；3-底板；4-水平调节装置；5-工件安装座；6-伺服电机；601-定子线圈；602-电机壳体；603-电机座；604-电机转子；605-连接件；606-精密圆光栅；607-光栅读头；7-精密减速器；8-测量臂；9-伺服光纤测头；901-伺服推杆；902-光纤测头；10-镜头安装座；11-双远心镜头；12-工业相机；13-遮光板；14-摆线轮。
12.具体实施方式：如图1和图2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包括顶板1、立柱2、底板3、水平调节装置4、工件安装座5、伺服电机6、精密减速器7、测量臂8、伺服光纤测头9、镜头安装座10、双远心镜头11、工业相机12、遮光板13、摆线轮14，所述顶板1通过四个立柱2与底板3连接整体形成高刚度高热稳定性的机身，底板3上安装有水平调节装置4，工件安装座5和伺服电机6固定安装在底板上，精密减速器7输出端安装有测量臂8，伺服光纤测头9安装在测量臂8上，双远心镜头11通过镜头安装座10与顶板1连接，工业相机12与双远心镜头11连接，立柱2外侧安装有多个遮光板13。
13.伺服电机为结构紧凑的扁平式无框电机，无框电机的定子线圈601固定安装在电机壳体602上，电机壳体602与电机座603连接，电机座603固定安装在底板3上，电机转子604通过连接件605与精密减速器7输入轴连接，连接件605上安装有精密圆光栅606，光栅读头
607固定安装在电机座603上，精密减速器7为零背隙的精密减速器。
14.伺服光纤测头9包括伺服推杆901和光纤测头902，光纤测头902安装在伺服推杆901的末端，伺服推杆901通过光栅尺对位移量进行闭环控制，光纤测头902为标准球形测头，球形测头部分通过光纤导光可以自发光，使得视觉捕捉球形测头的轮廓边界更加清晰，光纤测头902被标定后直径参数确定，测头直径根据待测量工件的尺寸进行调整，用于模数小于0.5的小模数齿轮齿形轮廓测量的光纤测头902直径可以小于0.3mm。
15.被测量的齿轮工件通过工件安装座5固定在底板3上，测量过程中被测量的齿轮工件没有位移，双远心镜头11通过镜头安装座固定在顶板1上，测量过程中没有位移，视场稳定，测量过程中仅有光纤测头902绕被测量的齿轮工件进行回转和径向移动，通过工业相机12和双远心镜头11组成的视觉系统捕捉光纤测头902的球形测头外边缘轮廓坐标，根据轮廓坐标计算测头中心坐标，基于已知的球形测头直径可以计算出被测量的齿轮工件的完整的轮廓数据，实现对摆线轮类工件齿形轮廓的连续封闭式测量。
16.顶板1通过四个等高斜置立柱2与底板3连接形成形成几何对称的四菱锥体机身，机身整体结构刚度高，温度变化引起的机身热变形对工件测量的影响小，遮光板13用于遮挡外部光线，降低外部光线对光纤测头902轮廓图像采集的影响。
17.下面简述一下本发明的工作原理：以精密rv减速器摆线轮齿形轮廓测量为例，待测的摆线轮14被固定安装在工件安装座5上，工件在双远心镜头10的视场范围内且视场被固定，伺服电机6驱动精密减速器7带动测量臂8低速旋转，如图3所示，固定安装在测量臂8上的伺服光纤测头9整体绕摆线轮14旋转的同时伺服推杆901控制光纤测头902沿工件径向移动，光纤测头902移动过程中通过伺服控制使得光纤测头902末端的圆球始终与摆线轮14的齿廓表面接触，由工业相机12可对测量臂8移动过程中光纤测头902末端的圆球轮廓坐标进行采集，通过算法计算测头圆球中心坐标实现对摆线轮14齿形轮廓的连续测量。
18.需要强调的是：以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。