CN109848790A - 一种大型齿轮自动倒角在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型齿轮自动倒角在线检测装置及方法，包括：用于支撑待倒角大型齿轮的圆盘工作台、设置在圆盘工作台的一侧的俯仰式立体视觉测量部件、以及设置在圆盘工作台的另一侧的关节机械手装置；圆盘工作台包括：箱体底座上设有圆形托盘，圆形托盘与箱体底座可转动连接；芯轴凸台设于圆形托盘上，锥形套筒套设于芯轴凸台的上端；圆盘驱动机构驱动圆形托盘；俯仰式立体视觉测量部件包括：三角支架的上端设有俯仰支架；竖梁的中部与俯仰支架可转动连接；竖梁的两端分别设有一相机底座；每一相机底座上均设有一高精度工业相机；本发明能够检验未倒角的齿棱，同时能够检测二次毛刺，高效二次打磨。

Description

一种大型齿轮自动倒角在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及齿轮的技术领域，尤其涉及一种大型齿轮自动倒角在线检测装置。

背景技术

大型齿轮多采用大型专用齿轮加工中心完成铣削加工，由于刀具的特点，通常加工完成后在齿棱处有细长的毛刺，当齿轮啮合高速运转时，配对齿轮之间容易发生冲击和碰撞，产生尖刺高频噪音。并且，毛刺区域往往应力集中，也会大大降低齿轮的疲劳寿命。因此，在大型齿轮数控铣削加工完成后会必须对齿棱进行倒角。传统的齿轮倒角机多采用铣刀盘，一般只针对中小型齿轮，难以满足大型齿轮的倒角要求。目前，绝大多数企业采用人工打磨完成大型齿轮的倒角。人工打磨倒角灰尘极大，工作环境恶劣，强度高，容错率低，生产效率低，因此，有必要使用自动化机构，实现对不同尺寸和齿形(直齿、斜齿、螺旋齿等)齿轮的自动倒角。而在自动倒角环节，快速在线获取大型齿轮的齿廓形貌数据和毛刺位置信息显得十分有意义，同时，传统的自动打磨机，不具备闭环检测功能，使得打磨完后仍有可能出现二次毛刺。申请号为201510222002X的专利“一种基于机器视觉引导的激光齿轮倒角轮廓测量仪及其测量方法”提到视觉测量方法，采用激光位移传感器测量倒角Z轴距离，配合XY定位平台，实现倒角区域三维测量，但只能测量单面，且不适用于斜齿和螺旋齿轮等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型齿轮自动倒角在线检测装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，包括：用于支撑待倒角大型齿轮的圆盘工作台、设置在所述圆盘工作台的一侧的俯仰式立体视觉测量部件、以及设置在所述圆盘工作台的另一侧的关节机械手装置；其中，所述圆盘工作台包括：箱体底座，所述箱体底座上设有圆形托盘，所述圆形托盘与所述箱体底座可转动连接；芯轴凸台，所述芯轴凸台设于所述圆形托盘上，所述芯轴凸台与所述圆形托盘通过螺钉固定连接；锥形套筒，所述锥形套筒套设于所述芯轴凸台的上端；圆盘驱动机构，所述圆盘驱动机构驱动所述圆形托盘；所述俯仰式立体视觉测量部件包括：三角支架，所述三角支架的上端设有俯仰支架；竖梁，所述竖梁的中部与所述俯仰支架可转动连接；相机底座，所述竖梁的两端分别设有一所述相机底座；高精度工业相机，每一所述相机底座上均设有一所述高精度工业相机；所述关节机械手装置包括：关节机械手；气动打磨部件，所述气动打磨部件设于所述关节机械手的末端；高压气动部件，所述高压气动部件设于所述气动打磨部件上。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述圆形托盘的底部设有圆形滑槽，所述圆形托盘与所述箱体底座之间设有滚珠，若干所述滚珠位于所述圆形滑槽内。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述圆盘驱动机构包括：转轴，所述转轴设于所述箱体底座内，所述转轴的上端通过螺钉与所述圆形托盘固定连接，所述转轴的中部设有大齿轮；小齿轮轴，所述小齿轮轴竖直设置，所述小齿轮轴的上端设有小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮相啮合，所述小齿轮轴的下端设有第一锥齿轮；伺服电机，所述伺服电机设于所述箱体底座的外壁，所述伺服电机的电机轴贯穿所述箱体底座；第二锥齿轮轴，所述电机轴与所述第二锥齿轮轴固定连接，所述第二锥齿轮轴的一端设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述俯仰式立体视觉测量部件还包括：减速步进电机，所述减速步进电机驱动所述竖梁旋转。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述竖梁的中部的一侧设有旋转轴，所述俯仰支架上设有旋转轴孔，所述旋转轴与所述旋转轴孔相匹配。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述竖梁的中部的另一侧设有D型孔，所述减速步进电机的电机轴与所述D型孔相匹配。

上述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其中，所述俯仰式立体视觉测量部件与所述关节机械手装置相对于所述圆盘工作台呈90°。

一种大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其中，使用上述任意一项所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，包括：

步骤S1：将大型齿轮放置在所述圆盘工作台上；

步骤S2：通过所述芯轴凸台和所述锥度套筒将所述大型齿轮对中定位，通过所述芯轴凸台顶部的螺纹孔、长螺钉和压板将所述大型齿轮压紧固定；

步骤S3：调整所述俯仰式立体视觉测量部件的位置，锁紧所述三角支架，将视觉标定板放置在靠近测量部件的齿廓区域，完成所述齿廓区域的三维测量标定；

步骤S4：所述俯仰式立体视觉测量部件俯仰一次，对已打磨的一个齿形宽度的齿廓和彩色图像进行数据采集；

步骤S5：根据所述彩色图像检测有无倒角和二次毛刺，记录二次毛刺所在的旋转角度和点云数据，所述芯轴凸台旋转360/Z角度，其中Z为齿数，并进行下一个齿形宽度的数据采集；

步骤S5：所述芯轴凸台旋转5/4周后，将点云数据和齿轮的三维数模进行配准，并对齿轮的三维数模附加二次毛刺信息；

步骤S6：所述芯轴凸台反向旋转，搜索二次毛刺区域，进行齿棱平面二次打磨。

上述的大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其中，所述步骤S5中，将三维数模通过曲面三角化算法生成网格点云数据，结合旋转角度，通过坐标变换进行初始配准，再采用ICP算法进行精确配准。

上述的大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其中，所述步骤S5中，对点云数据中具有二次毛刺信息的点云，在齿轮三维数模网格点云中搜索最近点，使网格点云数据获得二次毛刺信息。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明能够检验未倒角的齿棱，同时能够检测二次毛刺，高效二次打磨。

(2)本发明自动化较高，操作人员只需要放置视觉标定板，使用较为简单。

附图说明

图1是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的示意图。

图2是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的圆盘工作台的示意图。

图3是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的俯仰式立体视觉测量部件的示意图。

图4是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的关节机械手装置的示意图。

附图中：1、俯仰式立体视觉测量部件；11、相机底座；12、高精度工业相机；13、竖梁；14、减速步进电机；15、俯仰支架；16、三角支架；2、待倒角大型齿轮；3、关节机械手；31、高压气动部件；4、气动打磨部件；5、圆盘工作台；51、芯轴凸台；52、锥形套筒；53、圆形托盘；54、滚珠；55、箱体底座；56、伺服电机；57、第二锥齿轮轴；58、第一锥齿轮；59、小齿轮轴；510、转轴；511、大齿轮；512、螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的示意图，图2是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的圆盘工作台的示意图，图3是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的俯仰式立体视觉测量部件的示意图，图4是本发明的大型齿轮自动倒角在线检测装置的关节机械手装置的示意图，请参见图1至图4所示，示出了一种较佳实施例的大型齿轮自动倒角在线检测装置，包括：用于支撑待倒角大型齿轮2的圆盘工作台5、设置在圆盘工作台5的一侧的俯仰式立体视觉测量部件1、以及设置在圆盘工作台5的另一侧的关节机械手装置。

此外，作为一种较佳的实施例，圆盘工作台5包括：箱体底座55，箱体底座55上设有圆形托盘53，圆形托盘53与箱体底座55可转动连接。

进一步，作为一种较佳的实施例，圆盘工作台5包括：芯轴凸台51，芯轴凸台51设于圆形托盘53上，芯轴凸台51与圆形托盘53通过螺钉512固定连接。优选地，设置八个螺钉512，八个螺钉512呈圆周阵列。

更进一步，作为一种较佳的实施例，圆盘工作台5包括：锥形套筒52，锥形套筒套52设于芯轴凸台51的上端。

再进一步，作为一种较佳的实施例，圆盘工作台5包括：圆盘驱动机构，圆盘驱动机构驱动圆形托盘53。

另外，作为一种较佳的实施例，俯仰式立体视觉测量部件1包括：三角支架16，三角支架16的上端设有俯仰支架15。具体地，俯仰支架15可相对于三角支架16俯仰，三角支架16可通过调节旋钮调节高度与角度。

进一步，作为一种较佳的实施例，俯仰式立体视觉测量部件1包括：竖梁13，竖梁13的中部与俯仰支架15可转动连接。

更进一步，作为一种较佳的实施例，俯仰式立体视觉测量部件1包括：相机底座11，竖梁13的两端分别设有一相机底座11。具体地，相机底座11通过螺钉固定在竖梁13上。

再进一步，作为一种较佳的实施例，俯仰式立体视觉测量部件1包括：高精度工业相机12，每一相机底座11上均设有一高精度工业相机12。高精度工业相机12通过螺钉固定在相机底座11上。

还有，作为一种较佳的实施例，关节机械手装置包括：关节机械手3。

进一步，作为一种较佳的实施例，关节机械手装置包括：气动打磨部件4，气动打磨部件设于关节机械手3的末端。

更进一步，作为一种较佳的实施例，关节机械手装置包括：高压气动部件31，高压气动部件31设于气动打磨部件4上。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，圆形托盘53的底部设有圆形滑槽，圆形托盘53与箱体底座55之间设有滚珠54，若干滚珠54位于圆形滑槽内。

本发明的进一步实施例中，圆盘驱动机构包括：转轴510，转轴510设于箱体底座55内，转轴510的上端通过螺钉512与圆形托盘53固定连接，转轴510的中部设有大齿轮511。大齿轮511通过键槽和螺钉连接固定在圆形托盘53的底部。转轴510的上端***圆形托盘53的下端孔，圆形托盘53的下端设有台阶结构，可承载转轴510。使圆形托盘53和芯轴凸台51可以一起转动。

本发明的进一步实施例中，圆盘驱动机构包括：小齿轮轴59，小齿轮轴59竖直设置，小齿轮轴59的上端设有小齿轮，小齿轮与大齿轮511相啮合，小齿轮轴59的下端设有第一锥齿轮58。小齿轮轴59与第一锥齿轮58通过键槽连接。

本发明的进一步实施例中，圆盘驱动机构包括：伺服电机56，伺服电机56设于箱体底座55的外壁，伺服电机56的电机轴贯穿箱体底座55。

本发明的进一步实施例中，圆盘驱动机构包括：第二锥齿轮轴57，电机轴与第二锥齿轮轴57固定连接，第二锥齿轮轴57的一端设有第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮58相啮合。伺服电机56的电机轴与第二锥齿轮轴57通过联轴器连接。

本发明的进一步实施例中，俯仰式立体视觉测量部件1还包括：减速步进电机14，减速步进电机14驱动竖梁13旋转，从而进行俯仰运动。

本发明的进一步实施例中，竖梁13的中部的一侧设有旋转轴，俯仰支架15上设有旋转轴孔，旋转轴与旋转轴孔相匹配。

本发明的进一步实施例中，竖梁13的中部的另一侧设有D型孔，减速步进电机14的电机轴与D型孔相匹配。

本发明的进一步实施例中，俯仰式立体视觉测量部件1与关节机械手装置相对于圆盘工作台5呈90°。

下面说明本发明的使用方法：

步骤S1：将大型齿轮放置在圆盘工作台5上；

步骤S2：通过芯轴凸台51和锥度套筒52将大型齿轮对中定位，通过芯轴凸台51顶部的螺纹孔、长螺钉和压板将大型齿轮压紧固定；

步骤S3：将俯仰式立体视觉测量部件1固定于圆盘工作台5的一侧地面，相对于圆盘工作台5和关节机械手3呈90°。调整俯仰式立体视觉测量部件1的位置，锁紧三角支架16，将视觉标定板放置在靠近测量部件的齿廓区域，完成齿廓区域的三维测量标定，保证精度在0.1mm级别；

步骤S4：俯仰式立体视觉测量部件1俯仰一次，对已打磨的一个齿形宽度的齿廓和彩色图像进行数据采集；

步骤S5：根据彩色图像检测有无倒角和二次毛刺，记录二次毛刺所在的旋转角度和点云数据，芯轴凸台51旋转360/Z角度，其中Z为齿数，并进行下一个齿形宽度的数据采集；

步骤S5：芯轴凸台51旋转5/4周后，将点云数据和齿轮的三维数模进行配准，并对齿轮的三维数模附加二次毛刺信息；

步骤S6：芯轴凸台51反向旋转，搜索二次毛刺区域，进行齿棱平面二次打磨。

步骤S5中，将三维数模通过曲面三角化算法生成网格点云数据，结合旋转角度，通过坐标变换进行初始配准，再采用ICP算法进行精确配准，配准完成后，大型齿轮视觉测量中的点云数据和三维数模贴合在一起。

步骤S5中，对点云数据中具有二次毛刺信息的点云，在齿轮三维数模网格点云中搜索最近点，使网格点云数据获得二次毛刺信息，当执行二次毛刺打磨时，自动倒角装置可快速找到二次毛刺区域。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，包括：用于支撑待倒角大型齿轮的圆盘工作台、设置在所述圆盘工作台的一侧的俯仰式立体视觉测量部件、以及设置在所述圆盘工作台的另一侧的关节机械手装置；其中，

所述圆盘工作台包括：

箱体底座，所述箱体底座上设有圆形托盘，所述圆形托盘与所述箱体底座可转动连接；

芯轴凸台，所述芯轴凸台设于所述圆形托盘上，所述芯轴凸台与所述圆形托盘通过螺钉固定连接；

锥形套筒，所述锥形套筒套设于所述芯轴凸台的上端；

圆盘驱动机构，所述圆盘驱动机构驱动所述圆形托盘；

所述俯仰式立体视觉测量部件包括：

三角支架，所述三角支架的上端设有俯仰支架；

竖梁，所述竖梁的中部与所述俯仰支架可转动连接；

相机底座，所述竖梁的两端分别设有一所述相机底座；

高精度工业相机，每一所述相机底座上均设有一所述高精度工业相机；

所述关节机械手装置包括：

关节机械手；

气动打磨部件，所述气动打磨部件设于所述关节机械手的末端；

高压气动部件，所述高压气动部件设于所述气动打磨部件上。

2.根据权利要求1所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述圆形托盘的底部设有圆形滑槽，所述圆形托盘与所述箱体底座之间设有滚珠，若干所述滚珠位于所述圆形滑槽内。

3.根据权利要求2所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述圆盘驱动机构包括：

转轴，所述转轴设于所述箱体底座内，所述转轴的上端通过螺钉与所述圆形托盘固定连接，所述转轴的中部设有大齿轮；

小齿轮轴，所述小齿轮轴竖直设置，所述小齿轮轴的上端设有小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮相啮合，所述小齿轮轴的下端设有第一锥齿轮；

伺服电机，所述伺服电机设于所述箱体底座的外壁，所述伺服电机的电机轴贯穿所述箱体底座；

第二锥齿轮轴，所述电机轴与所述第二锥齿轮轴固定连接，所述第二锥齿轮轴的一端设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合。

4.根据权利要求3所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述俯仰式立体视觉测量部件还包括：减速步进电机，所述减速步进电机驱动所述竖梁旋转。

5.根据权利要求4所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述竖梁的中部的一侧设有旋转轴，所述俯仰支架上设有旋转轴孔，所述旋转轴与所述旋转轴孔相匹配。

6.根据权利要求5所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述竖梁的中部的另一侧设有D型孔，所述减速步进电机的电机轴与所述D型孔相匹配。

7.根据权利要求6所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，其特征在于，所述俯仰式立体视觉测量部件与所述关节机械手装置相对于所述圆盘工作台呈90°。

8.一种大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其特征在于，使用权利要求1至7中任意一项所述的大型齿轮自动倒角在线检测装置，包括：

步骤S1：将大型齿轮放置在所述圆盘工作台上；

步骤S2：通过所述芯轴凸台和所述锥度套筒将所述大型齿轮对中定位，通过所述芯轴凸台顶部的螺纹孔、长螺钉和压板将所述大型齿轮压紧固定；

步骤S3：调整所述俯仰式立体视觉测量部件的位置，锁紧所述三角支架，将视觉标定板放置在靠近测量部件的齿廓区域，完成所述齿廓区域的三维测量标定；

步骤S4：所述俯仰式立体视觉测量部件俯仰一次，对已打磨的一个齿形宽度的齿廓和彩色图像进行数据采集；

步骤S5：根据所述彩色图像检测有无倒角和二次毛刺，记录二次毛刺所在的旋转角度和点云数据，所述芯轴凸台旋转360/Z角度，其中Z为齿数，并进行下一个齿形宽度的数据采集；

步骤S5：所述芯轴凸台旋转5/4周后，将点云数据和齿轮的三维数模进行配准，并对齿轮的三维数模附加二次毛刺信息；

步骤S6：所述芯轴凸台反向旋转，搜索二次毛刺区域，进行齿棱平面二次打磨。

9.根据权利要求8所述的大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，将三维数模通过曲面三角化算法生成网格点云数据，结合旋转角度，通过坐标变换进行初始配准，再采用ICP算法进行精确配准。

10.根据权利要求9所述的大型齿轮自动倒角在线视觉检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，对点云数据中具有二次毛刺信息的点云，在齿轮三维数模网格点云中搜索最近点，使网格点云数据获得二次毛刺信息。