[发明专利]用于齿轮视觉测量仪器的虚拟码特齿轮生成方法

说明书

本发明提供了一种用于齿轮视觉测量仪器的虚拟码特齿轮生成方法，首先通过计算渐开线齿轮的轮廓，建立渐开线齿轮的轮廓各个部分的数学模型，然后在渐开线齿轮轮廓上叠加图像边缘特征，生成仿真虚拟码特齿轮样板；其中，渐开线齿轮的轮廓包括齿根过渡圆角、渐开线左齿面、齿顶圆、渐开线右齿面、基圆。本发明提供建立虚拟码特齿轮，替代实物样板完成齿轮视觉测量系统，实现高精度小模数齿轮超精密测量。

技术领域

本发明属于测量技术及仪器、机械传动技术及齿轮测量技术领域，涉及小模数齿轮测量领域，更具体地是涉及齿轮视觉测量系统的测量和评价功能的验证仿真方法。

背景技术

目前市场上常见的小模数齿轮测量设备主要有基于接触式测头的齿轮测量中心和基于视觉测量的影像式测量设备两种。相对于接触式测量，机器视觉测量具有精度较好、效率高、测量力小、可测量微小结构等特点，在小模数齿轮视觉测量领域具有较好的应用前景。

对于齿轮视觉测量仪器来说，测量系统尤其是测量软件系统的正确性、适应性和鲁棒性都需要使用码特齿轮样板进行验证。用于精密测量仪器验证的实物样板的制造精度通常很高，并需经过精度等级更高的仪器检定以获得样板参数的名义值。为降低加工难度，样板工作表面应尽量设计为简单的、易实现精密加工的几何形状，如平面、圆柱面、球面等。但由简单几何形状构成的样板难以完全实现复杂曲面测量仪器的校准功能，具有高精度复杂曲面的样板通常是必不可少的，因此高精度齿轮样板一直是齿轮测量领域的研究重点之一。

在小模数齿轮测量领域，尤其对于模数小于0.3mm的微小模数齿轮，(1)高精度码特齿轮样板的获取一直是个难题，原因主要在两个方面：其一，小模数齿轮几何形状复杂、尺寸微小，高精度的齿轮样板难以制作；其二，缺少具有高精度微测力测头的小模数齿轮超精密测量仪器，即使能加工出达到精度要求的码特齿轮，也无法实现检定测量。小模数齿轮测量系统软、硬件功能的验证和仪器的校准都成为亟需解决的难题。(2)实际的视觉齿轮测量系统在使用中出现测量结果重复性或精度变差，或无规律宕机等“软件故障”时，无法对问题根源进行区分。

因此，需要一种用于齿轮视觉测量仪器的虚拟码特齿轮生成方法，以替代实物样板完成齿轮视觉测量系统尤其是测量软件算法的正确性、适应性和鲁棒性的验证。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种用于齿轮视觉测量仪器的虚拟码特齿轮生成方法，通过建立虚拟码特齿轮，替代实物样板完成齿轮视觉测量系统尤其是测量软件算法的正确性、适应性和鲁棒性的验证。

本发明通过以下技术方案予以实现：

用于齿轮视觉测量仪器的虚拟码特齿轮生成方法，该方法由以下步骤组成：

步骤1：计算渐开线齿轮的轮廓，渐开线齿轮的轮廓包括齿根过渡圆角、渐开线左齿面、齿顶圆、渐开线右齿面、基圆；内齿轮和外齿轮轮廓组成基本相同，仅齿顶圆和齿根圆名称互换，渐开线齿轮的轮廓各个部分的数学模型及建立过程如下：

步骤1.1：根据公式X＝ρ_f*cos(θ)+L_Pf，Y＝ρ_f*sin(θ)-ρ_f，θ∈(θ₁,θ₂]绘制渐开线圆柱齿轮的左齿面处的齿根过渡圆角，其中L_Pf＝(r_f+ρ_f)*cos(arc sin(r_f/(r_f+ρ_f)))，ρ_f是齿根过渡曲线半径，r_f是齿根圆半径；