为了控制齿轮制造的精度，齿轮的精确测量起到了至关重要的作用，因此齿轮的自动化测量方法是学界和业界持续追求的目标[3]。

1.1 齿轮参数测量国内外研究现状

1.1.1 齿轮参数测量的传统方法

1.1.2 齿轮参数测量的视觉方法

1.2 课题意义和主要研究内容

1.2.1 课题目的及意义

   众所周知，齿轮的制造精度直接影响机械产品的工作性能和寿命[3]，而齿轮误差的检测更是控制制造精度的必要条件。但得因于形状复杂、测量参数较多，齿轮测量一直是盘类零件参数测量中的难点, 大多数企业还是应用齿轮测量仪器或其它机械测量仪器等传统方法对齿轮进行测量[2]。

   而随着中国制造业成本上升导致的竞争加剧以及产业升级转型的压力，传统检测方法已经不能满足现代制造业的发展要求，而机器视觉技术正是该领域的突破口之一。

   本文提出了一种基于机器视觉技术的齿轮检测方法，能够以合理的精度快速测量大部分直齿圆柱齿轮参数，此举可以简化及加速齿轮的测量和检验过程。同时提供了思路，在此基础上通过进一步工作，可以检测其他种类的盘类零件。

1.2.2 课题主要研究内容

   选型所需的硬件并建立硬件系统，提出并实现了多种预处理和齿轮检测算法。检测方法是通过实验验证，通过结果比较、分析误差原因并提出改进措施。

   最后，对直齿圆柱齿轮视觉测量系统的性能进行了总结，分析了研究中存在的问题，并对未来的研究工作进行展望。

1.2.3 课题目标

（1）完成对盘类零件齿轮的视觉识别方法的技术调研并确定设计方案；

（2）针对齿轮，采用MATLAB软件完成识别，识别率大于95%；

（3）对零件参数检测结果进行分析验证，偏差率小于1%。

2 齿轮测量与检测系统总体方案

图2.1示出了所提出的视觉系统，它由两个主要部分组成：硬件和开发的软件。

图2.1  齿轮测量视觉系统

   硬件主要包括工业相机，背光源等设备。硬件设备的主要功能是捕获支持圆柱齿轮的图像，为后续的图像处理算法和计算机视觉算法提供输入，将在第3章进行详细介绍。

   开发的软件，名为“齿轮测量与缺损检测系统”，是使用MathWorks公司开发的MATLAB 2016a编写的。具备多种图像处理和计算机视觉算法，用于根据直齿圆柱齿轮的拍摄图像来进行参数测量和断齿检测，图2.2显示了软件的主界面。

图2.2  齿轮测量软件界面

   该软件包括图像预处理和齿轮检测算法，通过读取图像并预处理、齿廓检测、关键参数和断齿检测、结果输出等步骤，实现齿轮的参数和断齿检测。软件部分的介绍将在第4章进行。

本系统的工作过程如下：将待测量的齿轮放置在背光台上，通过工业相机捕获图像并将其保存到BMP文件。然后通过开发的齿轮检测软件打开捕获的图像，并进行分析，执行测量和检验过程。

3 硬件选型与系统搭建

3.1 硬件系统搭建

本系统的硬件组成如图3.1所示。

图3.1  硬件系统结构图

本硬件系统的主要设备是工业相机、背光源和计算机，下面将分别进行介绍。

3.2 工业相机

本系统采用的是CGimagetech公司生产的CGU2-500M型工业相机。主要性能指标包括：

传感器为1/2.5’’的CMOS黑白型、像元尺寸为2.2um×2.2um、镜头定焦12mm、有效像素为2592×1944、垫子滚动快门类型、曝光时间为0.036ms~3000ms、RAW类型的图像数据格式、38.1dB的信噪比、70.1dB的动态范围。该型相机如图3.2所示。