基于立体视觉的螺旋锥齿轮接触区检测技术研究

摘要

螺旋锥齿轮广泛应用于航空和汽车工业的机械传动系统中，其工作性能对整个传动系统有着至关重要的影响。衡量螺旋锥齿轮工作性能的重要指标之一是齿面接触区，包括齿面接触区域的位置、大小和形状。 传统的接触区检测方法大多属于定性分析，精度不高。本文根据螺旋锥齿轮接触区测量的原理和特点，进行了立体视觉技术在齿轮接触区检测中的应用性研究。提出了一种新的检测方法，该方法能够进行定量分析，具有精度高、速度快、非接触等优点。 本文首先介绍了目前国内外螺旋锥齿轮接触区检测技术的现状和立体视觉技术的发展))情况；然后对常用的摄像机模型及其标定进行了研究，提出了用最小二乘法实现双摄像机标定的方法；接着介绍了图象平滑处理、边缘检测和灰度变换等算法，提出了采用局部灰度变换的方法对灰度渐变的齿轮接触区进行预处理，通过多次实验较好地确定了边缘提取流程；最后，讨论了立体匹配和空间点的三维重建技术，即由两幅图像恢复齿面接触区边缘的三维信息，并研究了计算机图形变换和曲线拟合技术，生成齿面接触区轴平面图形。 实验证明，本文采用的检测方法能对齿面接触区域的位置、大小、形状进行全面的评价，并能为齿面的修形提供参考依据，在实际设计和制造过程中有重要的科学与实用价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1引言

1.2螺旋锥齿轮接触区的检测技术概述

1.2.1轮齿接触分析(TCA)

1.2.2轮齿接触检查

1.3立体视觉概述

1.3.1视觉技术概述

1.3.2立体视觉研究概况

1.3.3立体视觉模块

1.4课题来源、意义和主要研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2课题意义

1.4.3主要研究内容

1.4.4主要创新点

1.5本章小结

第二章摄像机标定

2.1摄像机模型与成像原理

2.1.1参考坐标系

2.1.2摄像机模型

2.2摄像机定标

2.2.1传统标定方法

2.2.2摄像机自标定技术

2.3用最小二乘法实现摄像机定标

2.3.1多元线性回归模型与系数的最小二乘估计

2.3.2单摄像机定标

2.3.3双摄像机定标

2.3本章小结

第三章图像预处理

3.1图像平滑处理

3.2边缘检测

3.3灰度变换和图像二值化

3.4图像细化

3.5本章小结

第四章立体匹配与空间点重建

4.1立体匹配

4.1.1立体匹配的研究内容

4.1.2选择匹配基元

4.1.3匹配准则

4.1.4算法结构

4.1.5本文匹配方法

4.2基于立体视觉的空间点重建

4.2.1简单的摄像机配置下的空间点重建

4.2.2任意摄像机配置下的空间点重建

4.3本文采用的空间点重建方法

4.4本章小结

第五章图形处理

5.1齿面几何参数计算

5.2图形变换

5.2.1投影变换

5.2.2图形几何变换

5.3曲线拟合

5.3.1最小二乘拟合简述

5.3.2最小二乘拟合法的MATLAB实现

5.4本章小节

第六章实验结果及分析

6.1实验结果

6.1.1标定实验及结果

6.1.2图像处理结果

6.1.3三维重建实验及结果

6.1.4图形处理结果

6.2实验结果分析

第七章总结与展望

参考文献

附录一弧齿锥齿轮相关参数的计算公式

致谢

攻读学位期间主要的研究成果