基于LabVIEW機器視覺的齒輪檢測裝置

張梓涵　趙亞群　李天宇

摘 要：與其他類型的加工零件相比，齒輪外型較為復雜，參數眾多。還有許多領域需要深入研究。本項目采用LabVIEW作為上位機平臺，結合硬件檢測系統和圖像處理的相關技術，完成非接觸式對齒輪外形和加工精度的檢測。

關鍵詞：齒輪檢測；LabVIEW；圖像處理；機器視覺

中圖分類號：THl32.41；TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0020-01

1 背景及研究意義

在現代制造業(yè)的發(fā)展過程中，在零件加工過程中需要對齒輪的展開角等加工參數進行檢查，現代加工制造的發(fā)展日新月異，傳統的尺寸檢測技術由于其局限性不適合大多數加工場合，會使得制造業(yè)更新換代受到阻礙。因此現代制造業(yè)在產品生產過程中對檢測提出了新要求，非接觸檢測等方面的局限性需要在現代化的尺寸檢測技術中得到解決。

大多數的尺寸檢測流程是依靠傳統機械裝置，人工和簡單光學儀器等進行的。首先，在流水線的生產模式下，工人們需要對同一類型的齒輪進行重復檢查，厭倦等情緒容易產生，檢測誤差因此產生，檢測的精度不夠可靠。浪費大量的人力成本和資源。其二，不能保證實時在線的非接觸式的檢測方式。最后，單純的人工和簡單機械結合的檢測尺寸方式只適用于傳統的低效率工作上。對于形位誤差這種復雜測量來說更是如此，人力檢測時間周期較長，檢測精度也不能夠得到保證。機器視覺在工業(yè)檢測中的不斷發(fā)展和普及，現代先進技術對零件尺寸進行檢測，是實現制造業(yè)現代化生產的必然趨勢。

計算機的視覺檢測尺寸的方法將工業(yè)尺寸檢測與機器視覺理論相結合，運用圖像處理的原理對零件進行圖像獲取、分析、理解，然后比較零件的尺寸標準和圖像處理結果，從而確定產品是否達到要求。隨著計算機一級開發(fā)軟件和光電機電一體化等技術的不斷完善，計算機視覺的理論及應用的優(yōu)勢在完成復雜的齒輪檢測參數的檢測任務時能夠很好地被發(fā)揮出來，是在現代工業(yè)檢測中的重要應用之一。

2 項目的創(chuàng)新之處

與傳統的手工測量方式和現有的非接觸式測量相比，本項目的創(chuàng)新之處主要體現在以下幾個方面：

（1）通過開發(fā)LabVIEW軟件平臺實現了實時的在線測量，省去了傳統測量中的人力成本；（2）利用機器視覺和圖像處理的原理提高了測量的準確性；（3）基于開發(fā)平臺的優(yōu)勢，使得本項目的算法具有靈活性和通用性適合對不同標準的零件尺寸進行測量和精度分析。

3 工作原理以及整體方案

為了對齒輪加工尺寸品質進行嚴格控制，降低零件的廢品率，以齒輪加工精度分析理論、數理統計為基礎，根據齒輪的加工要求設計出了齒輪加工精度分析裝置，對齒輪檢測的數據進行分析，對齒輪加工質量進行判識，加工經濟性得到提高。研究重點如下：

（1）搭建機器視覺檢測系統的硬件平臺，根據齒輪零件特點選擇方法硬件參數和性能參數選擇合適的平臺，設計出測量方案。測量系統的結構框圖可用圖1表示，機械零件測量的硬件平臺如圖2所示。

系統采用兩個視頻攝像頭；采用圖像采集卡進行信息數字化；運動控制卡可以通過步進電機控制工作臺在平面內的轉動和x、y兩個方向的移動。

（2）根據LabVIEW軟件開發(fā)平臺中視覺模塊內各種圖像處理函數參數和功能，合理地進行程序設計，并根據函數圖像處理的結果，選擇適合齒輪的圖像處理方法，主要包括：均值濾波、直方圖均衡、直方圖規(guī)定化。

（3）圖像處理是小波變換應用效果突出的領域之一。圖像作為二維信號，首先把一維推廣到二維。引入歸一因子1/a后，小波變換定義為：

與一維小波變換類似，實現二維小波變換的基本方法是多分辨信號分解理論和算法。利用小波函數的正交性，從高級到低級逐級濾出信號中的小波。二維小波變換沿兩個方向，即行和列的方向進行分析，得到平滑逼近和細節(jié)函數。二維小波變換的處理過程可用圖3表示，在進行零件檢測的過程中，小波變換在圖像處理中主要有以下幾個應用方面：圖像數據壓縮、去除噪聲、圖像增強和邊緣檢測。

（4）針對程序得到的齒輪圖像，選用合適的閾值圖像分割。完成圖像檢測的標定，完成對齒輪的檢測。

（5）將測量結果導入齒輪分析系統，進行分析后得到齒輪的測量結果。圖像處理模塊的工作流程可用圖4表示。