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基于視覺(jué)技術(shù)的齒輪測試儀是一種新型的齒輪測量工具，是隨著(zhù)計算機數據處理能力的大幅度提高和CCD測量設備的不斷發(fā)展而逐漸得到研究和發(fā)展的。目前該項目在我國的還處于研究階段。該設備影響測量精度的因素非常多，首先圖像采集是系統的輸入環(huán)節，它是一個(gè)很重要的組成部分。圖像采集的質(zhì)量直接影響到后續的處理和測量，一個(gè)質(zhì)量好的圖片可以簡(jiǎn)化處理環(huán)節，提高效率和可靠性。在圖像輸入階段，鏡頭中心和齒輪中心偏離、鏡頭的質(zhì)量、圖像采集卡的精度、光源都會(huì )影響到采集的圖像質(zhì)量；在圖像處理階段，要經(jīng)過(guò)圖像除噪、閾值分割、中值濾波、邊界提取等過(guò)程，在該階段圖像處理算法的選擇至關(guān)重要，好的算法在很大程度上會(huì )提高圖像處理的精度；在參數測量階段，量塊的選取、確定的齒輪圓心、建立的參數測量模型、計算參數算法、計算精度等都會(huì )對最終結果產(chǎn)生直接影響�？紤]到有些誤差無(wú)法避免，在下面的實(shí)驗中，主要從量塊的選取、采集圖像的分辨率、模數三個(gè)方面對測量誤差的影響趨勢進(jìn)行研究。 從定性分析上不難發(fā)現，當只有定標值、圖像分辨率、模數其中一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，它對精度的影響是：標定值越小，精度越高；圖像的分辨率越高，精度越高；模數越大，精度越高。為了方便驗證，這里主要通過(guò)測量齒頂圓直徑來(lái)考查上述三個(gè)因素對測量誤差的影響，從而為后面更多參數和齒形誤差的測量提供參考，提高測量精度。 1 測量系統組成 測量系統由工作臺、CCD攝像頭、圖像采集卡和計算機組成。工作臺完成齒輪的位置位移、放置量塊，CCD攝像頭用于攝取齒輪圖像，圖像采集卡將攝取的圖像轉換為數字信號后送入計算機。系統利用VC++6．0對所采集圖像進(jìn)行包括二值化、邊緣提取、亞像素邊緣擬合等預處理；其次確定齒輪圓心、定標；然后測量齒輪相關(guān)參數：模數、齒頂圓、齒根圓、公法線(xiàn)長(cháng)度及漸開(kāi)線(xiàn)齒型等數據；最后進(jìn)行誤差分析。 在實(shí)驗中，選用模數較小(m≤2)的高精度標準齒輪為研究對象，量塊放在齒輪的左邊與齒輪一并被攝入CCD。這里旨在探討只改變模數、分辨率、量塊三者中某一因素的情況下，對測量誤差的影響，并分別提供了實(shí)驗數據和對數據的定性分析。 2 模數大小對測量誤差的影響 在采集圖像時(shí)，選用量塊的高度為20 mm，齒數為20，壓力角為α=20°，采集圖像分辨率800×600，在這些條件不變，而不斷改變齒輪的模數的情況下，從采集的圖像中選取4組不同的數據，并將計算的數據取絕對值，得到的結果如表1和圖2所示。 從上述的結果中可以看出，當只改變模數，而標定值、齒數不變時(shí)，齒輪圖像隨著(zhù)模數的增大而增大，齒頂圓差值的變化不明顯，齒頂圓誤差隨著(zhù)模數的變大而減小。從而得到結論：測量參數中只有模數增大時(shí)，在一定的條件下，測量誤差的值減小。類(lèi)似的也可以得到這樣的結論：當模數、標定值、圖像的分辨率等情況不變時(shí)，只改變齒數的時(shí)候，測量參數的差值變化不明顯，由于齒輪圖像隨著(zhù)齒數的增加而變大，使得齒頂圓相應的測量誤差逐漸減小。 3 分辨率大小對測量誤差的影響 系統測量時(shí)，如量塊大小、齒數、模數等條件不變只改變CCD攝像頭的分辨率，在分辨率不同的情況下采集5組圖像。在齒輪測量程序中進(jìn)行圖像處理和參數測量，得到測量結果如表2和圖3所示。 從上述的結果中可以看出，當只改變圖像分辨率的情況下，分辨率越高，測量參數差值越小，測量誤差也越小，測量精度就越高；從測量數據上來(lái)看，采集圖像的分辨率對于測量誤差的影響較大。 4 量塊大小對測量誤差的影響 圖像采集時(shí)，在圖像的分辨率、齒數、模數等條件不變的情況下只改變量塊大小，也就是只改變標定值時(shí)，采集7組不同的圖像。測量結果如表3和圖4所示。 從上述的結果可以看出，隨著(zhù)量塊值的增加，齒頂圓差值和測量誤差越來(lái)越小，精度越來(lái)越高，析其原因主要是由于量塊值的增加，使得標定值精度提高，從而提高測量參數的精度。 5 結 語(yǔ) 從上面的實(shí)驗可以看出，分辨率和量塊的選取對于測量精度的影響非常明顯，分辨率越高，量塊的值越大，齒輪的測量精度越高。模數的變化，對測量精度的變化不太明顯。主要影響相對誤差的精度，對絕對誤差影響不大。同時(shí)應盡量選用分辨率高的CCD攝像機，提高采集圖像的分辨率來(lái)提高測量精度。要根據模數和齒數的具體情況安排測量方案。 |
