一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測裝置，包括底板、安裝在底板上用于支撐汽車后橋差速器的差速器支撐座，以及用于驅(qū)動汽車后橋差速器旋轉(zhuǎn)的電機；包括工業(yè)計算機,以及以固定的角度朝向待檢測螺旋錐齒輪齒面設(shè)置的CCD相機；所述工業(yè)計算機內(nèi)設(shè)置有圖像采集卡，所述CCD相機的數(shù)據(jù)傳輸端連接到所述圖像采集卡。包括PLC控制器，以及用于驅(qū)動所述電機的電機控制器，所述電機控制器和所述工業(yè)計算機均電連接至所述PLC控制器。本實用新型具有方便實現(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(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，操作方便；補光效果好，有利于提高照片的清晰度，提高信息采集的精確度等優(yōu)點。
【專利說明】
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
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及齒輪檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別的涉及一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒 輪齒面接觸區(qū)的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[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(zhuǎn)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(dǎo)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(jìn)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(zhuǎn)動攝錄連續(xù)輪齒的各接觸區(qū)，圖像數(shù)字化處理后存儲以備分析，可獨顯或若干交 互重合以顯示接觸區(qū)變化。但是，該方法的缺點是雙目CCD攝像機易受視場限制，測量范圍 小、標(biāo)定復(fù)雜且價格昂貴。另一種是將輪齒表面進(jìn)行著色處理并用CCD攝像機拍攝輪齒表面 圖像存儲。隨后齒輪對接觸嚙合并用照相機看輪齒表面以獲得另一組成像。然后將接觸后 各輪齒成像減去未接觸的相應(yīng)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(biāo)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] 因此亟需設(shè)計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，這對增加齒輪的裝配精度和使用壽命具有重 要意義。
[0005] 為此，實用新型人設(shè)計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(biāo)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(jìn)行拍照，拍照時，利用標(biāo)定板對相機進(jìn)行標(biāo)定，確定齒面上任意兩點的實際距離 與相機中對應(yīng)兩點的像素距離之間的轉(zhuǎn)換比例，找出轉(zhuǎn)換比例最小的兩點，并選取兩點的 中點為相機的坐標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(biāo)原點之間的像素值，并將該像素 值與對應(yīng)的轉(zhuǎn)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。
[0006] 但是，在檢測過程中，還需要進(jìn)一步考慮如何能夠方便實現(xiàn)對汽車后橋差速器中 螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的信息采集等問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種能 夠方便實現(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(jié)構(gòu)簡單，制造成本 較低，操作方便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。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了如下的技術(shù)方案：
[0009] -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，其特征在于，包括：
[0010] -個汽車后橋差速器驅(qū)動裝置，包括底板、安裝在底板上用于支撐汽車后橋差速 器的差速器支撐座，以及用于驅(qū)動汽車后橋差速器旋轉(zhuǎn)的電機；
[0011] -個機器視覺系統(tǒng)，包括工業(yè)計算機，以及以固定的角度朝向待檢測螺旋錐齒輪 齒面設(shè)置的CCD相機;所述工業(yè)計算機內(nèi)設(shè)置有圖像采集卡，所述CCD相機的數(shù)據(jù)傳輸端連 接到所述圖像采集卡；
[0012] -個測控系統(tǒng)，包括PLC控制器，以及用于驅(qū)動所述電機的電機控制器，所述電機 控制器和所述工業(yè)計算機均電連接至所述PLC控制器。
[0013] 檢測前，先將待檢測汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪進(jìn)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(jìn)行定量著色;檢測時，由 PLC控制器通過電機控制器驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，帶動汽車后橋差速器轉(zhuǎn)動，同時采用CCD相機對 螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)進(jìn)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(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，操作方便。
[0014] 作為優(yōu)化，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上。這樣，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(zhǔn)確性。
[0015] 作為優(yōu)化，所述補光燈支架包括由下向上依次嵌套設(shè)置的若干個伸縮桿，最里層 的伸縮桿的頂部設(shè)置有能夠繞頂點旋轉(zhuǎn)的補光燈安裝座，所述補光燈固定設(shè)置在所述補光 燈安裝座上。
[0016] 使用時，可以通過伸縮桿調(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(zhuǎn)，調(diào)整補光燈的補光角度。這樣，能夠進(jìn)一步提高照片的清晰度，提高 信號采集的準(zhǔn)確性。
[0017] 作為優(yōu)化，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PLC控制器相連;所述PLC控制器具有用于控制CCD相機的快門工作的快門輸出端， 所述快門輸出端電連接至所述CCD相機。
[0018] 檢測時，光電傳感器一旦檢測到設(shè)定的輪齒位置，并將檢測信號輸入到PLC控制器 中，PLC控制器根據(jù)該信號通過快門輸出端控制CCD相機的快門工作，對螺旋錐齒輪齒面接 觸區(qū)進(jìn)行拍照，有利于提高拍照區(qū)域的一致性，進(jìn)而提高信號采集的準(zhǔn)確性。
[0019 ]作為優(yōu)化，所述C⑶相機上安裝有遠(yuǎn)心鏡頭，所述遠(yuǎn)心鏡頭內(nèi)具有帶通濾光片。
[0020] 這樣，采用遠(yuǎn)心鏡頭可以實現(xiàn)焦距的調(diào)節(jié)、視場的調(diào)節(jié)以及放大倍率的調(diào)節(jié)，避免 采集的圖像失真，有利于提高圖像采集精度。帶通濾光片可以實現(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。
[0021] 綜上所述，本實用新型具有方便實現(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(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，操作方便;補光效果好，有利于提高照片的清晰度， 提尚?目息米集的精確度等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本實用新型一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 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】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025] 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：
[0026] -個汽車后橋差速器驅(qū)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,以及用于驅(qū)動汽車后橋差速器旋轉(zhuǎn)的電機13;
[0027] -個機器視覺系統(tǒng)，包括工業(yè)計算機21，以及以固定的角度朝向待檢測螺旋錐齒 輪齒面設(shè)置的CCD相機22;所述工業(yè)計算機21內(nèi)設(shè)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。
[0028] 一個測控系統(tǒng)，包括PLC控制器，以及用于驅(qū)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PLC控制器。
[0029] 檢測前，先將待檢測汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪進(jìn)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(jìn)行定量著色;檢測時，由 PLC控制器通過電機控制器驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，帶動汽車后橋差速器轉(zhuǎn)動，同時采用CCD相機對 螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)進(jìn)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(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，操作方便。
[0030] 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。這樣，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(zhǔn)確性。
[0031 ]實施時，所述補光燈支架包括由下向上依次嵌套設(shè)置的若干個伸縮桿，最里層的 伸縮桿的頂部設(shè)置有能夠繞頂點旋轉(zhuǎn)的補光燈安裝座，所述補光燈固定設(shè)置在所述補光燈 安裝座上。
[0032] 使用時，可以通過伸縮桿調(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(zhuǎn)，調(diào)整補光燈的補光角度。這樣，能夠進(jìn)一步提高照片的清晰度，提高 信號采集的準(zhǔn)確性。
[0033] 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PLC控制器相連;所述PLC控制器具有用于控制CCD相機的快門工作的快門輸出端，所 述快門輸出端電連接至所述CCD相機。
[0034]檢測時，光電傳感器一旦檢測到設(shè)定的輪齒位置，并將檢測信號輸入到PLC控制器 中，PLC控制器根據(jù)該信號通過快門輸出端控制CCD相機的快門工作，對螺旋錐齒輪齒面接 觸區(qū)進(jìn)行拍照，有利于提高拍照區(qū)域的一致性，進(jìn)而提高信號采集的準(zhǔn)確性。
[0035]實施時，所述C⑶相機22上安裝有遠(yuǎn)心鏡頭，所述遠(yuǎn)心鏡頭內(nèi)具有帶通濾光片。 [0036] 這樣，采用遠(yuǎn)心鏡頭可以實現(xiàn)焦距的調(diào)節(jié)、視場的調(diào)節(jié)以及放大倍率的調(diào)節(jié)，避免 采集的圖像失真，有利于提高圖像采集精度。帶通濾光片可以實現(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。
[0037] 以上結(jié)構(gòu)即為本實用新型的實施例，具體實施時，上述電機、工業(yè)計算機、CCD相 機、圖像采集卡、PLC控制器、電機控制器、補光燈以及光電傳感器等各部件自身均是屬于成 熟的現(xiàn)有技術(shù)，構(gòu)件自身不屬于本申請對現(xiàn)有技術(shù)做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的地方，本申請對現(xiàn)有 技術(shù)做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的地方在于將上述各現(xiàn)有部件設(shè)置在特定要求的位置，并將其組合聯(lián) 系起來，使其可以便于實現(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，提高 補光效果好，達(dá)到提高信息采集的精確度的效果。
[0038] 具體檢測時，采用如下步驟完成檢測；
[0039] a、相機的標(biāo)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(jìn)行拍照，拍 照時，利用標(biāo)定板對相機進(jìn)行標(biāo)定，確定齒面上任意兩點的實際距離與相機中對應(yīng)兩點的 像素距離之間的轉(zhuǎn)換比例，找出轉(zhuǎn)換比例最小的兩點，并選取兩點的中點為相機的坐標(biāo)原 占 .
[0040] 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(jìn)行拍照，劃定ROI區(qū)域；
[0041] c、對ROI區(qū)域的圖像利用灰度差值進(jìn)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(biāo)原點之間的像素值，并將該像素值與對應(yīng)的轉(zhuǎn)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。
[0042] 具體的，所述步驟a中，利用標(biāo)定板對相機進(jìn)行標(biāo)定，具體還包括如下步驟：
[0043] al、將標(biāo)定板平鋪在齒輪的齒頂，調(diào)整標(biāo)定板的位置，使CCD相機視窗中的標(biāo)定板 圖像邊緣與視窗邊緣平行，拍攝第一張照片，然后將標(biāo)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(biāo)定板覆蓋過視窗中的齒輪的所有區(qū)域;根據(jù)標(biāo)定板上 圖案的實際間距與相機中相應(yīng)圖案的像素距離，即可確定各點之間的轉(zhuǎn)換比例，確定相機 在齒頂面上各點的畸變系數(shù)；
[0044] a2、將標(biāo)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(biāo)定板，拍攝每次移動后的圖像;根據(jù)標(biāo)定板上圖案的實際間距與相機中相應(yīng)圖 案的像素距離，即可確定各點之間的轉(zhuǎn)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)。
[0045] 這樣，有利于獲取更加準(zhǔn)確的畸變系數(shù)，在對圖像進(jìn)行校正時更加準(zhǔn)確，有利于提 高檢測的精度。
[0046] 具體地，所述步驟a中，標(biāo)定板在CCD相機視窗中的圖像小于視窗的四分之一。這 樣，可以保證拍攝過程中，盡量多的圖片能夠包含完整的標(biāo)定板圖像，有利于提高CCD相機 的標(biāo)定精度。
[0047] 具體地，所述步驟a中，在CCD相機視窗中的標(biāo)定板圖像上的黑白陣列灰度的差值 大于100。這樣，當(dāng)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(zhǔn)確性，有利于 提尚檢測的精度。
[0048] 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：
[0049] cl、對ROI區(qū)域的圖像進(jìn)行接觸區(qū)邊緣拾取后，將圖像轉(zhuǎn)化成二值圖，設(shè)圖像中的 物體對應(yīng)的像素位置坐標(biāo)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(biāo)為：
[0050]
[0051]
[0052] 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。
[0053] 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_培舢反而公忒為：
[0054]
[0055] 式中，M為y方向像素個數(shù)，，N為X方向像素個數(shù)。
[0056] 這樣，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)目就確定可以確定接觸 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。
[0057]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不以本實用新型為限制，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測裝置，其特征在于，包括： 一個汽車后橋差速器驅(qū)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)，以及用于驅(qū)動汽車后橋差速器旋轉(zhuǎn)的電機(13); 一個機器視覺系統(tǒng)，包括工業(yè)計算機(21)，以及以固定的角度朝向待檢測螺旋錐齒輪 齒面設(shè)置的CCD相機(22);所述工業(yè)計算機(21)內(nèi)設(shè)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； 一個測控系統(tǒng)，包括PLC控制器，以及用于驅(qū)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PLC控制器。2. 如權(quán)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)的檢測裝置，其特征 在于，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。3. 如權(quán)利要求2所述的汽車后橋差速器中螺旋錐齒輪齒面接觸區(qū)的檢測裝置，其特征 在于，所述補光燈支架包括由下向上依次嵌套設(shè)置的若干個伸縮桿，最里層的伸縮桿的頂 部設(shè)置有能夠繞頂點旋轉(zhuǎn)的補光燈安裝座，所述補光燈固定設(shè)置在所述補光燈安裝座上。4. 如權(quán)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)的檢測裝置，其特征 在于，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PLC控 制器相連;所述PLC控制器具有用于控制CCD相機的快門工作的快門輸出端，所述快門輸出 端電連接至所述C⑶相機。5. 如權(quán)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)的檢測裝置，其特征 在于，所述C⑶相機(22 )上安裝有遠(yuǎn)心鏡頭，所述遠(yuǎn)心鏡頭內(nèi)具有帶通濾光片。
【文檔編號】G01M13/02GK205665005SQ201620518946
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】郝建軍, 蔣碩, 何青松, 杜宗順, 李俊, 錢廣順
【申請人】重慶理工大學(xué)