基于數字圖像處理的齒輪測試儀精度分析
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基于視覺技術的齒輪測試儀是一種新型的齒輪測量工具，是隨著計算機數據處理能力的大幅度提高和CCD測量設備的不斷發展而逐漸得到研究和發展的。目前該項目在我國的還處于研究階段。該設備影響測量精度的因素非常多，首先圖像采集是系統的輸入環節，它是一個很重要的組成部分。圖像采集的質量直接影響到后續的處理和測量，一個質量好的圖片可以簡化處理環節，提高效率和可靠性。在圖像輸入階段，鏡頭中心和齒輪中心偏離、鏡頭的質量、圖像采集卡的精度、光源都會影響到采集的圖像質量；在圖像處理階段，要經過圖像除噪、閾值分割、中值濾波、邊界提取等過程，在該階段圖像處理算法的選擇至關重要，好的算法在很大程度上會提高圖像處理的精度；在參數測量階段，量塊的選取、確定的齒輪圓心、建立的參數測量模型、計算參數算法、計算精度等都會對最終結果產生直接影響。考慮到有些誤差無法避免，在下面的實驗中，主要從量塊的選取、采集圖像的分辨率、模數三個方面對測量誤差的影響趨勢進行研究。
從定性分析上不難發現，當只有定標值、圖像分辨率、模數其中一個發生變化時，它對精度的影響是：標定值越小，精度越高；圖像的分辨率越高，精度越高；模數越大，精度越高。為了方便驗證，這里主要通過測量齒頂圓直徑來考查上述三個因素對測量誤差的影響，從而為后面更多參數和齒形誤差的測量提供參考，提高測量精度。
1 測量系統組成
測量系統由工作臺、CCD攝像頭、圖像采集卡和計算機組成。工作臺完成齒輪的位置位移、放置量塊，CCD攝像頭用于攝取齒輪圖像，圖像采集卡將攝取的圖像轉換為數字信號后送入計算機。系統利用VC++6．0對所采集圖像進行包括二值化、邊緣提取、亞像素邊緣擬合等預處理；其次確定齒輪圓心、定標；然后測量齒輪相關參數：模數、齒頂圓、齒根圓、公法線長度及漸開線齒型等數據；最后進行誤差分析。
在實驗中，選用模數較小(m≤2)的高精度標準齒輪為研究對象，量塊放在齒輪的左邊與齒輪一并被攝入CCD。這里旨在探討只改變模數、分辨率、量塊三者中某一因素的情況下，對測量誤差的影響，并分別提供了實驗數據和對數據的定性分析。
2 模數大小對測量誤差的影響
在采集圖像時，選用量塊的高度為20 mm，齒數為20，壓力角為α=20°，采集圖像分辨率800×600，在這些條件不變，而不斷改變齒輪的模數的情況下，從采集的圖像中選取4組不同的數據，并將計算的數據取絕對值，得到的結果如表1和圖2所示。
從上述的結果中可以看出，當只改變模數，而標定值、齒數不變時，齒輪圖像隨著模數的增大而增大，齒頂圓差值的變化不明顯，齒頂圓誤差隨著模數的變大而減小。從而得到結論：測量參數中只有模數增大時，在一定的條件下，測量誤差的值減小。類似的也可以得到這樣的結論：當模數、標定值、圖像的分辨率等情況不變時，只改變齒數的時候，測量參數的差值變化不明顯，由于齒輪圖像隨著齒數的增加而變大，使得齒頂圓相應的測量誤差逐漸減小。
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