基于模板近场光投影扫描的齿轮和成型结构轮廓测量方法 【技术领域】
本发明属于物体面型三维轮廓的测量方法，具体涉及一种基于模板近场光投影扫描的齿轮和成型结构轮廓测量方法。
背景技术
随着工业的发展，越来越多的产品制造需要有高精度的测量手段和仪器来保证产品的质量，光学测量方法具有非接触、快速以及高精度测量等优点，得到了国内外研究工作者广泛的重视和研究，主要测量方法有采用接触式三坐标测量机以及激光三角测量技术的测量方法，但是，尽管三坐标测量机具有较高的测量精度，但是其测量效率低，特别是在对大齿轮等大型物体测量时，由于其受测量范围的限制，其测量精度将大大降低，同时三坐标测量机在逐点测量中受环境影响产生的误差离散性较大，难以进行补偿；而激光三角测量技术受到光斑大小、光刀宽度以及金属表面对激光散射的影响等因素，通常精度低于50微米，因此，现有的方法难以达到测量要求。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现的技术的缺点，提供了一种利用模板投影的齿轮及成型结构轮廓的测量方法。该方法不仅具有高的测量速度，同时又可保证高的测量精度，在该领域测量中解决了激光三角测量中的光刀细化的技术难题，特别适用于齿轮加工的质量检测。该技术也可用于其它结构件(如：管道的内外形状，各种型材以及叶片等)的表面轮廓测量中。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)根据被测齿轮的形状，制作与被测齿轮的齿或齿槽截面相同的模板2；
2)将与被测齿轮的齿截面相同的模板置于被测齿轮的齿槽中或将与被测齿轮的齿槽截面相同的模板与被测齿轮的齿相啮合，然后在模板的一侧安装照明光源，该照明光源将模板边缘或安装在模板边缘的刀口或狭缝投影到被测齿轮的沟槽或齿上，形成清晰的边缘或狭缝投影；
3)在模板的另一侧安装CCD或图像传感器，利用CCD或图像传感器与步骤2)边缘投影形成的三角关系，得到物体表面的轮廓数据；
或根据CCD或图像传感器得到的图像数据确定模板边缘或刀口与边缘投影之间的距离，得到物体表面的三维轮廓数据测量；
4)对于一个完整的齿形轮廓，则沿此齿轮的齿槽移动模板与CCD或图像传感器组成的测量系统重复步骤3)得到一个完整的齿形轮廓；
5)对于齿轮上的每个齿，通过角分度编码装置转动被测齿轮重复步骤2)-4)即能够完整的测量整个齿轮的几何形状和参数；
本发明的照明光源采用普通光源或激光光源；
在测量前通过激光跟踪仪对测量系统以及被测对象的坐标进行测量标定。
本发明具有比传统三坐标测量机高得多的测量速度，同时在对成型结构轮廓测量中又具有很高的测量精度，在该测量领域中解决了激光三角测量中的光刀细化的技术难题，本发明可以实现微米级的阴影投影，进而在对大型齿轮等成型结构的轮廓测量中，沿表面法线方向测量精度将达到5微米以上。横向分辨率达到20微米以上，测量速度达5000点/秒以上。特别适用于大型和巨大型齿轮的质量检测，该技术也可用于其它结构件(如：管道的内外形状，各种型材以及叶片等)的表面轮廓测量中。
【附图说明】
图1、2是本发明的测量原理图；
图3是本发明测量系统图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，3，1)根据被测齿轮1地形状，制作与被测齿轮1的齿或齿槽截面相同的模板2；
2)将与被测齿轮1的齿截面相同的模板2置于被测齿轮的齿槽(见图1)中或将与被测齿轮的齿槽截面相同的模板2与被测齿轮的齿相啮合(见图2)，该模板固定在底座3上面的移动平台4上，然后在模板2的一侧安装照明光源，该照明光源将模板2边缘或安装在模板边缘的刀口或狭缝投影到被测齿轮的沟槽或齿上，形成清晰的边缘或狭缝投影；
3)在模板2的另一侧的底座3的移动平台4上安装CCD或图像传感器5，与步骤2)中的模板光学投影装置组成了一个光学三角测量系统，在测量前通过激光跟踪仪对测量系统以及被测对象的坐标进行测量标定；利用CCD或图像传感器5与步骤2)投射到齿轮表面上的刀口边缘投影形成的三角关系，根据三角测量原理可以得到齿轮轮廓的三维数据，并将该数据送入计算机8(见图3)中进行处理得到物体表面的轮廓数据；
或根据CCD或图像传感器得到的图像数据确定模板边缘或刀口与投射到齿轮表面上的刀口边缘投影之间的距离，将此数据送入计算机8中处理后得到物体表面的三维轮廓数据测量；
4)对于一个完整的齿形轮廓，则沿此齿轮的齿槽移动模板与CCD或图像传感器组成的测量系统重复步骤3)得到一个完整的齿形轮廓；
5)对于齿轮上的每个齿，通过角分度编码装置7转动被测齿轮1重复步骤2)-4)即能够完整的测量整个齿轮的几何形状和参数。