[发明专利]基于多线结构光的齿轮测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，包括用于安装被测齿轮的可旋转检测平台以及多组迎向所述检测平台设置的检测组件；

所述被测齿轮通过齿轮固定座固定在所述可旋转检测平台上；

若干所述检测组件包括用于采集齿轮数据的结构光视觉传感器以及用于调节所述结构光视觉传感器的调节装置；所述数据采集装置包括用于向被测齿轮的表面发射激光束的激光器以及用于获取被测齿轮的表面的光条图像的图像采集器；通过使可旋转检测平台带动被测齿轮旋转，图像采集器连续测量得到该被测齿轮的三维轮廓；

所述调节装置包括用于调节结构光视觉传感器的高度的纵向调节单元、安装在所述纵向调节单元上用于调节结构光视觉传感器与被测齿轮之间的距离的横向调节单元以及安装所述横向调节单元上用于调节激光器与图像采集器之间角度的角度调节单元。

2.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，若干所述检测组件绕着所述检测平台的周向均匀布置，且每组检测组件与被测齿轮之间的距离相等。

3.根据权利要求1或2所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，每组检测组件中的激光器与图像采集器之间所成夹角满足各个图像采集器同时获得被测齿轮齿面反射的结构光，每组检测组件得到图像的为相交于被测齿轮轴线的投影截面。

4.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，所述齿轮固定座为内三角卡盘。

5.根据权利要求1所述的基于多线结构光的齿轮测量系统，其特征在于，所述可旋转检测平台、检测组件安装在底座上，所述底座上设有用于将所述检测平台、检测组件和被测齿轮罩在底座上的光隔离罩。

6.一种基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-3任一所述的测量系统进行齿轮测量，该方法具体包括：

S1：利用激光器向被测齿轮的表面发射激光束，同时使图像采集器连续采集被测齿轮表面激光束与轴向齿廓表面平行相交形成的光条图像；

S2：对图像采集器采集到的所述光条图像进行处理得到被测齿轮的有效光条中心图像；

S3：对图像采集器进行标定，获取有效光条中心图像上三维坐标；

S4：利用可旋转检测平台带动被测齿轮连续旋转，持续步骤S1-S3，得到多幅光条图像提取出来的点云数据，实现被测齿轮的三维测量。

7.根据权利要求6所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，当采用多组结构光视觉传感器进行齿轮测量时，多组结构光视觉传感器的光平面共线，并通过设计靶标来对多组结构光视觉传感器标定。

8.根据权利要求7所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，该方法采用四组结构光视觉传感器进行齿轮测量，所述靶标为一个类正方形，靶标正面和侧面均是刚性平面，靶标正面均匀分布n×n的圆阵列，然后以靶标角上的圆心为原点，建立唯一世界坐标系O_r-X_rY_rZ_r，其中，X_r轴和Y_r轴分别与阵列圆心平行，Z_r轴垂直靶标平面向上。

9.根据权利要求8所述的基于多线结构光的齿轮测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31：令被测齿轮表面的第n个特征点的空间三维坐标为P_mn(X_mn,Y_mn,Z_mn)，其对应的像平面坐标为P_on(u_n,v_n)(n＝1,2,……t)，t为在光条上均匀获得的特征点个数；由此可得空间三维坐标P_mn(X_mn,Y_mn,Z_mn)与像平面坐标为P_on(u_n,v_n)的关系式为：

其中，T表示一比例常数，Q为3x4的投影矩阵，q_ij为投影矩阵Q的第i行第j列的元素；

S32：根据至少6个世界坐标P_mn(X_mn,Y_mn,Z_mn)及其对应的像平面坐标P_on(u_n,v_n)计算投影矩阵Q，确定光平面与图像采集器的位置关系；

S33：再由二维像坐标为P_on(u_n,v_n)和计算出投影矩阵Q的重构三维物点(X_mn,Y_mn,Z_mn)，最终实现被测齿轮的三维测量。