摘要：齿轮零件的制造误差对机械产品的质量影响很大，而控制误差的首要条件是对其进行精确检测。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象，利用机器视觉技术开发一套快速检测系统，能够在合适的精度下测量单层和双层齿轮的参数，并进行断齿检测。搭建了一套视觉系统并且将其用于捕获需要测量或检验的齿轮的图像，并针对性地应用MATLAB 2016a开发一个软件，用于分析捕获的图像以及执行测量和检验过程。这套检测系统已经通过测量30个样本齿轮，并通过比较其齿顶圆直径的计算参数与齿轮参数的实际值进行了验证。对于尺寸较大的齿轮而言，绝大多数齿顶圆计算值和实际值相差±0.2mm之内；而对于小齿轮，将获得更高的精度。结果表明，断齿检测的识别率可达到100%。

关键词  直齿圆柱齿轮  机器视觉  图像处理  检测

毕业设计说明书外文摘要

Title    Identification and Measurement of Gears Based on Machine Vision                                        

Abstract：The manufacturing error of the gears has a great influence on the quality of the mechanical products, and the first condition to control error is to detect it accurately. In this paper, we choose spur gears as the object of study, and develop a rapid detection system by machine vision technology. Single and double gear parameters can be measured under the appropriate accuracy. A vision system is built and used to capture the images of the gears that need to be measured or inspected, and a software is developed by MATLAB 2016a for analyzing captured images and performing measurement and inspection processes. This set of inspection systems has been verified by measuring 30 sample gears and by comparing the calculation parameters of the addendum circle diameter with the actual values of the gear parameters. For larger gears, the vast majority of the tooth top circle of the calculated value and the actual value of the difference within ± 0.2mm; and for the pinion, will get higher accuracy. The results show that the recognition rate of tooth detection can reach 100%.

Keywords   Spur gears   Machine vision   Image processing    Measurement

目   次

1 绪论 1

1.1 齿轮参数测量国内外研究现状 1

1.2 课题意义和主要研究内容 2

2 齿轮测量与检测系统总体方案 4

3 硬件选型与系统搭建 6

3.1 硬件系统搭建 6

3.2 工业相机 6

3.3 背光源 7

3.4 计算机 7

4 齿轮检测算法及其实现 8

4.1 图像预处理算法 9

4.2 齿轮检测算法 15

5 系统标定方法 39

6 齿轮的检验实验 40

6.1 齿轮的检测方案 40

6.2 检验结果与讨论 43

结  论 48

致  谢 49

参 考 文 献 50

附录A  齿轮检测算法总体流程图 52

附录B  双层齿轮阈值分割算法流程图 53

附录C  边缘检测算法流程图 54

附录D  齿轮关键参数算法流程图 55

附录E  断齿检测算法流程图 56

1 绪论

   齿轮零件是一类常见的机械零件，一般在机械产品中起到传动的作用，其制造误差对机械产品的质量影响很大，甚至在某些情况下可成为影响整个产品质量的关键因素[1]。  

   齿轮形状复杂, 测量参数较多, 因此齿轮测量一直是几何量测量中的难点，而且其对测试人员的要求也较高[2]，在工业应用方面，齿轮是传递动力和运动的最常见的机构之一。在大多数现代工业和运输应用领域，齿轮占据着重要地位，并经常被用作基本零件。

   齿轮制造中的误差主要导致两个问题，即在工作中附加的噪声与磨损。而这两者均是足以引起业界关注的问题[3]。