DE19840969C2 - Verfahren und Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von ZahnrädernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an
Zahnflanken von Zahnrädern, bei dem die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades eines
zu prüfenden Zahnradpaares durch Auftragen eines Markiermittels markiert werden,
und eine
Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrä
dern, mit einer Einrichtung zum Auftragen eines Markiermittels auf die Zahnflanken wenigs
tens eines Zahnrades des zu prüfenden Zahnradpaares, mindestens einer Kamera und ei
nem rechnergesteuerten Bildverarbeitungssystem.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der US 5 373 735 bekannt.
Aus der US 5 610 994 ist ein Verfahren zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an
Zahnflanken von Zahnrädern, bei dem die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades eines
zu prüfenden Zahnradpaares durch Auftragen eines Markiermittels markiert werden, mit fol
gendem weiteren Schritt bekannt:
- a) Aufnehmen und Speichern eines ersten digitalen Bildes von wenigstens einer ein Tragbild aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahnflanke des markierten Zahn rades.
Das Lauf- und Geräuschverhalten oder, allgemeiner, die Qualität von miteinander im Eingriff
befindlichen Zahnrädern wird entscheidend durch die Größe, die Form und die Lage des
Tragbildes geprägt, d. h. durch diejenige Fläche, in welcher sich zug- oder schubseitige
Zahnflanken eines Zahnradpaares berühren. Bei einem Kegelradpaar, bestehend aus Tel
lerrad und Ritzel, deren Zähne in Längs- und Profilrichtung gekrümmt sind, ist es besonders
wichtig, daß Lage und Größe des Tragbildes für den jeweiligen Anwendungsfall optimal rea
lisiert sind. So befaßt sich z. B. die EP 88 879 B1 zwar mit einem Verfahren zur Gestaltung
des Tragbildes an Zahnrädern, schafft einen Stirnmesserkopf, der bessere Möglichkeiten zur
Gestaltung des Tragbildes zweier Zahnflanken eines Zahnradpaares bietet, und bringt eine
Abbildung von verschiedenen Tragbildern an einem Zahn. Diese Druckschrift befaßt sich
jedoch nicht mit dem Ermitteln des Tragbildes an sich. Dafür gibt es
aber im Stand der Technik verschiedene Verfahren. Es ist wichtig, das Tragbild an Zahnflan
ken eines Zahnradpaares ermitteln zu können, weil sich anhand des ermittelten Tragbildes
dann Korrekturen für den Herstellungsprozeß oder die Einbaulage der geprüften Zahnrad
paare vornehmen lassen.
Die o. g. US 5 373 735 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des
Tragbildes, wobei mit Hilfe eines Sprühsystems ein Teil des Zahnrades mit einem Markier
mittel überzogen wird, so daß sich im Betrieb des Zahnradpaares das Tragbild wie ein Fin
gerabdruck ergibt. Durch stroboskopisches Beleuchten des Zahnrades läßt sich das Trag
bild im Betrieb sichtbar machen. Mittels eines Bildverarbeitungssystems lassen sich die er
mittelten Tragbilder auswerten. Hierbei wird im Betrieb ein Zahnrad des Zahnradpaares, das
auf einem in zwei Achsen beweglichen Schlitten montiert ist, verstellt, um die Qualität des
Zahneingriffes zu verbessern. Eine quantitative Auswertung der einzelnen Tragbilder an sich
hinsichtlich Größe und Lage ist weder vorgesehen noch möglich. Die Auswertung erfolgt
lediglich im Vergleich mit einem zuvor aufgenommenen Vergleichsbild.
Ähnliches gilt für ein Verfahren zum Ermitteln der Tragbildqualität eines Zahnrades, das aus
JP-A-3-100434 in Patents Abstracts of Japan, Band 15, Nr. 287, P-1229, 22. Juli 1991,
bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird auf die Zahnflanken eines Zahnradpaares Farbe
aufgetragen. Die Tragbilder werden mit einer Kamera aufgenommen und ausgewertet, um
feststellen zu können, in wieweit das Tragbild im Betrieb auf der Zahnflanke wandert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen
sich Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern optoelektronisch auf einfache Weise einzeln
für jede Zahnflanke ermitteln lassen, ohne daß vorab ein Vergleichsbild vorhanden sein oder
hergestellt werden muß.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die im Anspruch 1 an
gegebenen Schritte umfaßt, bzw. durch eine Vorrichtung, die die im Anspruch 16 angegebe
nen Merkmale aufweist.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung wird aus dem aufgenommenen
Bild, das wenigstens eine Zahnflanke mit ihrem Tragbild zeigt, wenigstens
ein ausreichender Teil des Umrisses jeder Zahnflanke des zu prüfenden Zahnrades
ermittelt, um ein Referenzsystem zu schaffen, anhand welchem später Größe und Lage des
Tragbildes auf der Zahnflanke ermittelt werden können. Weiter wird das Tragbild der Zahn
flanke extrahiert und dann in den ermittelten Teil des Umrisses eingeschrieben. Das dadurch
erhaltene Bild läßt sich zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes in Bezug auf
den Umriß vermessen. Für das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung muß keine
Solldarstellung des Tragbildes und auch kein theoretisch korrektes Flankenbild oder über
haupt ein Vergleichsbild vorab zur Verfügung stehen, damit das Tragbild nach Lage und
Größe ermittelt werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung ist ein universelles Verfah
ren, bei dem zur Auswertung der tatsächliche Umriß der Zahnflanken des markierten Zahn
rades des zu prüfenden Zahnradpaares herangezogen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bilden die Gegenstände der
Ansprüche 2 bis 15.
Wenn in einer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung in dem Schritt (a) die Zahn
flanken des markierten Zahnrades mit wenigstens einer Zeilenkamera aufgenommen und in
einer Bildmatrix als ein erstes digitales Grauwertbild zeilenweise abgespeichert werden, das
eine Vielzahl von Bildpunkten enthält, die jeweils einen Grauwert besitzen, ergeben sich be
deutsame Vorteile. Durch den Einsatz der Zeilenkamera werden die einzelnen Bildpunkte
ortsfest aufgenommen. Hierdurch ergeben sich für Bildpunkte gleicher Zeilenposition gleiche
Beleuchtungsverhältnisse. Die Beleuchtung der Zähne hat somit nur einen geringen Einfluß
auf die Auswertung.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung, gemäß welcher den Bild
punkten Grauwerte zwischen 0 und 255 zugeordnet werden, ist aus der US 5 287 293 an
sich bekannt, allerdings nur in Verbindung mit der Inspektion der Konturen eines Zahnrades,
nicht aber in Verbindung mit der Ermittlung der Lage und der Größe von Tragbildern an
Zahnflanken eines Zahnrades.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich das erste digitale
Grauwertbild hochpaßfiltern, um die Umrißlinien der Zahnflanken stärker hervorzuheben.
Hierfür kann ein softwaremäßig realisiertes rekursives zweidimensionales Filter eingesetzt
werden.
Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung jedem Bildpunkt durch
Vergleich seines Grauwertes mit einem ersten Schwellwert ein erster oder zweiter Binärwert
zugeordnet wird, ergibt sich durch die Beschränkung auf zwei Grauwerte eine Beschleuni
gung und Vereinfachung der Weiterverarbeitung des digitalen Grauwertbildes.
Das Wählen von einem über 200 liegenden Wert als ersten Schwellwert ist eine verfahrens
bedingte Festlegung, die in einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfin
dung vorteilhaft ist. Die Ermittlung des ersten Schwellwertes kann dabei automatisch anhand
eines Histogramms erfolgen.
Es kann für die Ermittlung der Lage und der Größe des Tragbildes jeder Zahnflanke ein Teil
des Umrisses ausreichend sein. Am einfachsten ist die Auswertung selbstverständlich dann,
wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ein vollständiger ge
schlossener Umriß ermittelt wird.
Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung das Tragbild aus dem
ersten digitalen Grauwertbild extrahiert wird, indem ein Histogramm des ersten Grauwertbil
des mit einem zweiten Schwellwert ausgewertet wird, so daß das dritte digitale Bild im Be
reich der Zahnflanke die Tragbilder als geschlossene Flächen enthält, so stellt das eine sehr
schnelle Möglichkeit dar, das erste Grauwertbild auszuwerten.
Wenn gemäß dem Anspruch 1 das zweite digitale Bild und das dritte digitale Bild überlagert
werden, ergibt sich die Möglichkeit, Lage und Größe des Tragbildes auf einfache Weise in
Bezug auf den Umriß als Referenzsystem zu ermitteln.
Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung jeder Bildpunkt
des vierten digitalen Bildes durch eine mathematische Transformation, die Form und
Krümmung jeder Zahnflanke berücksichtigt, in eine entzerrte Darstellung überführt
wird, die einer in eine Ebene abgewickelten Darstellung der Zahnflanke entspricht, so
ergeben sich für die Auswertung besondere Vorteile. Erstens ergibt sich dadurch ei
ne Darstellung, die der Anwender aus seinem Arbeitsumfeld kennt und die er des
halb durch visuelle Betrachtung gut interpretieren und zuordnen kann. Zweitens kön
nen die bei der Auswertung gewonnenen Lage- und Größeninformationen direkt
maßstäblich, z. B. in Millimeter, angegeben werden.
Wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung die digitalen Bil
der jeweils durch Überlagern und Mitteln der Aufnahme von mehreren Zahnflanken
erzeugt werden, so läßt sich durch einen Meßvorgang ein Gesamtüberblick über die
Qualität des Zahnradpaares ermitteln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung bilden die Gegen
stände der Ansprüche 17 bis 25.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit zwei Kameras zum
optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von
Zahnrädern,
Fig. 2 ein von einer der Kameras in Fig. 1 aufgenommenes Bild der
schub- oder zugseitigen Zahnflanken mit den Tragbildern der
Zähne eines Tellerrades eines zu prüfenden Kegelradpaares mit
in Längs- und Profilrichtung gekrümmten Zähnen in Form eines
ersten digitalen Grauwertbildes,
Fig. 3 eine hochpaßgefilterte Version des digitalen Grauwertbildes nach
Fig. 1, in welcher Grauwertsprünge wie an den Umrißlinien der
Zahnflanken stärker hervorgehoben sind,
Fig. 4 das Grauwertbild nach Fig. 3 nach Verarbeitung mit einem
Schwellwert und Binarisierung der einzelnen Bildpunkte,
Fig. 5 das Bild einer Zahnflanke nach Fig. 4, nachdem der Flankenumriß
durch Bildverarbeitung geschlossen worden ist,
Fig. 6 ein Histogramm zu dem Bild nach Fig. 2,
Fig. 7 eine durch Binarisierung des Bildes nach Fig. 2 erhaltene Darstel
lung einer Bildmatrix der Zahnflanken, die die Tragbilder als
schwarze geschlossene Flächen enthält,
Fig. 8 ein Bild der Zahnflanke mit geschlossener Umrißlinie nach Fig. 5
und einbeschriebenem Tragbild nach Fig. 7 nach Invertierung der
Bildmatrix,
Fig. 9 die Darstellung nach Fig. 8 in entzerrter Form,
Fig. 10a-10d verschiedene Schritte eines Ausführungsbeispiels der Auswertung
der Bilddarstellung nach Fig. 8 oder 9, und
Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens und der Vor
richtung nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum optoelektronischen Er
mitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahnrädern insgesamt mit 20 bezeich
net. Als zu prüfende Zahnräder ist ein Kegelradpaar bestehend aus einem Ritzel 22
und einem Tellerrad 24 dargestellt. Eine Farbsprühanlage 26 dient zum Auftragen
eines Markiermittels auf die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades des zu prü
fenden Kegelradpaares zur Sichtbarmachung von im Betrieb entstehenden Tragbil
dern 28. Zwei Zeilenkameras 30 bzw. 32 sind auf die Stelle gerichtet, an welcher die
Tragbilder auf den Zahnflanken des Tellerrades 24 sichtbar sind. Eine Zeilenkamera
dient zur Aufnahme der zugseitigen Zahnflanken, die andere zur Aufnahme der
schubseitigen Zahnflanken des markierten Tellerrades 24. In dem hier beschriebe
nen Ausführungsbeispiel dient die Zeilenkamera 32 zur Aufnahme von Grauwertbil
dern. Deren Ausgang ist mit einem A/D-Wandler 34 verbunden, der Teil eines insge
samt mit 36 bezeichneten Bildverarbeitungssystems ist. Die Verbindung zwischen
der Kamera 32 und dem A/D-Wandler besteht aus einer Leitung 38 in Form eines
Signalkabels, vorzugsweise eines Koaxialkabels. Die Analogsignale der Kamera 32,
die durch den A/D-Wandler 34 in Digitalsignale umgewandelt worden sind, werden in
einen Bildspeicher 40 eingelesen. Der Bildspeicher 40 ist über einen Bus 42 mit ei
nem Computer 44 verbunden. Ein mit dem Ausgang des A/D-Wandlers 34 verbun
dener D/A-Wandler 46 ist ausgangsseitig mit einem Monitor 48 zum Anzeigen des
von der Kamera aufgenommenen Bildes verbunden.
Die in dem Computer 44 enthaltenen Einrichtungen zur Weiterverarbeitung eines
dem Computer über den Bus 42 zugeführten ersten digitalen Bildes 50 aus dem
Bildspeicher 40 werden nun anhand von Fig. 11 näher beschrieben.
Ein rekursives Hochpaßfilter 52 bildet ein erste Einrichtung zum Verarbeiten der
Bildmatrix, um ein zweites digitales Bild gemäß der Darstellung in Fig. 3 zu erzeugen,
in welchem der Umriß jeder Zahnflanke stärker hervorgehoben ist. Das von dem
Hochpaßfilter 52 gelieferte digitale Bild wird in einer Histogrammdarstellung 54, die
eine zweite Einrichtung zum Verarbeiten des ersten digitalen Bildes darstellt, weiter
verarbeitet. Die Histogrammdarstellung 54 dient zum Festlegen eines ersten
Schwellwertes 56 für alle Bildpunkte und zur anschließenden Binarisierung 58 der
selben. Das binarisierte Bild wird anschließend an den Block 58 durch einen Kontur
verfolger 60 mit Suchstrahl verarbeitet, um nicht zusammenhängende Bereiche des
Umrisses zu suchen und miteinander zu verbinden, wie es in den Fig. 4 und 5 darge
stellt ist. Eine weitere Einrichtung 62 zum Bilden einer weiteren Histogrammdarstel
lung 62 legt einen zweiten Schwellenwert 64 fest, um ein digitales Bild gemäß Fig. 7
zu erzeugen, das anschließend in einem Block 66 binarisiert wird. Eine Einrichtung
68 dient zum Überlagern (Summenbildung) der durch die Blöcke 60 und 66 geliefer
ten digitalen Bilder, um ein auswertbares digitales Bild (Fig. 8) für jede Zahnflanke zu
bestimmen, das den Umriß und darin einbeschrieben das jeweilige Tragbild enthält.
Nach der Überlagerung (Summenbildung) erfolgt in einem Inverter 70 eine Invertie
rung des Bildes, das durch die Überlagerung aus den Bildern nach den Fig. 5 und 7
entstanden ist. Anschließend kann in einem Entzerrer 72 das Bild in eine entzerrte
Darstellung gemäß Fig. 9 umgewandelt werden. Schließlich wird das ermittelte Trag
bild gemäß Fig. 8 oder gemäß Fig. 9 in einer Auswerteeinrichtung 74 ausgewertet.
Die Bildverarbeitung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Darstellung in den
einzelnen Fig. 1-11 noch näher beschrieben.
Digitalisieren der Signale der Kamera 32: Hierbei werden zeilenweise z. B. 1024 Bild
punkte je Zeile in einer Bildmatrix in dem Bildspeicher 40 abgespeichert. Jedem Bild
punkt wird dabei ein Grauwert zwischen 0 (Schwarz) und 255 (Weiß) zugewiesen,
was einer 8-Bit-Digitalisierung des Kamerasignales entspricht.
Nach Abschluß der Bildaufnahme steht in dem Bildspeicher 40 als Ergebnis das er
ste digitale Grauwertbild 50, weiches die schub- oder zugseitigen Zahnflanken mit
den entsprechenden Tragbildern aller Zähne des Tellerrades 24 des zu prüfenden
Kegelradpaares enthält, zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Auf das erste digitale Grauwertbild 50 wird das 2-D-Hochpaßfilter 52 angewendet.
Mit dieser Hochpaßfilterung des Grauwertbildes wird erreicht, daß die Flankenberan
dungen, die im Grauwertbild durch Grauwertsprünge repräsentiert werden, stärker
hervorgehoben werden, wie es Fig. 3 zeigt. In der gefilterten Bildmatrix erhalten die
Bereiche des Umrisses höhere Grauwerte und heben sich somit als hellere Bildbe
reiche vom Rest des Bildes ab.
Nach automatischer Festlegung eines hohen Schwellwertes (größer 200) wird nun
allen Bildpunkten, die einen Grauwert unterhalb des Schwellwertes besitzen, der
Grauwert 255 zugewiesen. Allen Bildpunkten, die einen Grauwert oberhalb des
Schwellwertes besitzen, wird der Grauwert 0 zugewiesen.
Mittels des Konturverfolgers 60 mit Suchstrahl werden nun nicht zusammenhängen
de Bereiche des Umrisses gesucht und zu einer geschlossenen Kontur miteinander
verbunden. Bildpunkte von Linien, die sich nicht zu geschlossenen Konturen erwei
tern lassen, werden auf den Grauwert 255 gesetzt.
Statt des geschlossenen Umrisses könnten auch zwei vollständige benachbarte
Seiten (z. B. zwei einander benachbart gegenüberliegende Seiten oder zwei an einer
Ecke des Umrisses benachbarte Seiten) oder auch nur vier Punkte des Umrisses für
die weitere Auswertung herangezogen werden. Ein geschlossener Umriß, der in Fig.
5 dargestellt ist, erleichtert aber die Auswertung.
Nach diesen Vorverarbeitungsschritten stehen in dem Bildspeicher 40 die geschlos
senen Umrisse aller Zahnflanken in Form einer Bildmatrix zur Verfügung. Diese
Bildmatrix wird hier als das zweite digitale Bild bezeichnet.
In diesem Vorverarbeitungsschritt wird die Extraktion der Tragbilder 28 aus dem er
sten digitalen Grauwertbild vorgenommen. Die Tragbilder 28 werden in der Bildmatrix
durch Bildpunkte repräsentiert, die einen niedrigen Grauwert besitzen. Um den Be
reich der Grauwerte zu ermitteln, die den Tragbildern zugeordnet werden können,
wird das Histogramm 54 des ersten digitalen Grauwertbildes 50 ausgewertet (Fig. 6).
Das Histogramm nach Fig. 6 gibt die Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Grau
werte in einer Bildmatrix an. Nach automatischer Ermittlung eines geeigneten
Schwellwertes X (z. B. 15% der niedrigsten Grauwerte) wird eine Binarisierung (Block
58 in Fig. 11) des ersten digitalen Grauwertbildes anhand dieses Schwellwertes
durchgeführt. Allen Bildpunkten, die einen Grauwert kleiner als den Schwellwert be
sitzen, wird der Grauwert 0 zugewiesen. Allen anderen Bildpunkten wird der Grau
wert 255 zugewiesen. Als Ergebnis steht nun ein drittes digitales Bild in Form einer
Bildmatrix in dem Bildspeicher 54 zur Verfügung, welches im Bereich der Zahnflan
ken die Tragbilder als schwarze geschlossene Flächen enthält (Fig. 7).
Die Flankenbereiche, welche in dem zweiten digitalen Bild (Fig. 5) durch Bildpunkte
repräsentiert werden, die den Grauwert 255 besitzen und innerhalb der geschlosse
nen Flankenberandungskontur liegen, werden in dem dritten digitalen Bild (Fig. 7)
identifiziert. Die Grauwerte dieser Bildpunkte in dem dritten digitalen Bild werden nun
in die entsprechenden Positionen in der Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes ein
beschrieben, Block 68 in Fig. 11. Anschließend wird die gesamte Bildmatrix invertiert,
Block 70 in Fig. 11, um eine leichtere Auswertung zu ermöglichen. Als Ergebnis ste
hen nun die geschlossenen Flankenberandungen oder Umrisse mit den einbeschrie
benen Tragbildern zur Verfügung (Fig. 8).
Die Bildmatrix kann zusätzlich entzerrt werden, was einer Abwicklung in ein Ebene
entspricht und in Fig. 9 dargestellt ist.
Hiermit ist die Bildvorverarbeitung abgeschlossen. Die vorliegende Bildmatrix nach
Fig. 8 oder 9 kann nun für den hier angestrebte Verwendungszweck der Vermessung
der Lage der Tragbilder zu dem Umriß oder den Flankenberandungen ausgewertet
werden.
Die Bildauswertung wird in folgenden Schritten vorgenommen:
- 1. 3.1 Zeilenweises suchen von vier Extrempunkten jedes Tragbilds in Bezug auf den Umriß der Zahnflanke, Fig. 10a. Die Suchrichtung geht dabei in Fig. 10a von rechts nach links, wie durch Pfeile angedeutet.
- 2. 3.2 Bestimmen der Normalen in jedem der vier Extrempunkte, Fig. 10b.
- 3. 3.3 Bestimmen der Schnittpunkte einer in der Normalen gelegenen Gerade mit dem Umriß, Fig. 10c.
- 4. 3.4 Bestimmen des Abstandes jedes Schnittpunktes von dem zugeordneten Extrem punkt, Fig. 10d.
- 5. 3.5 Je nach Bedarf Ermitteln von weiteren geometrischen Kennwerten des Tragbildes (nicht dargestellt).
Claims (25)
1. Verfahren zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahn
rädern, bei dem die Zahnflanken wenigstens eines Zahnrades eines zu prüfenden
Zahnradpaares durch Auftragen eines Markiermittels markiert werden, mit folgenden
Schritten:
- a) Aufnehmen und Speichern eines ersten digitalen Bildes von wenigstens einer ein Tragbild aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahnflanke des mar kierten Zahnrades,
- b) Verarbeiten des ersten digitalen Bildes zum Ermitteln eines zweiten digitalen Bildes, das wenigstens einen Teil des Umrisses der Zahnflanke enthält,
- c) Verarbeiten des ersten digitalen Bildes zum Bestimmen eines dritten digitalen Bildes, das das Tragbild enthält, und
- d) Überlagern des zweiten digitalen Bildes der Zahnflanke mit dem dritten digitalen Bild zum Bestimmen eines vierten digitalen Bildes der Zahnflanke, das we nigstens deren im Schritt (b) ermittelten Umrißteil und darin einbeschrieben de ren Tragbild enthält und zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes in bezug auf den Umriß auswertbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Schritt (a) die Zahnflanken des markierten Zahnrades mit wenigstens einer
Zeilenkamera aufgenommen und in einer Bildmatrix als ein erstes digitales Grauwert
bild zeilenweise abgespeichert werden, das eine Vielzahl von Bildpunkten enthält, die
jeweils einen Grauwert besitzen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß den Bildpunkten Grauwerte zwischen 0 und 255 zugeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste digitale Grauwertbild hochpaßgefiltert wird, um die Umrißlinien der
Zahnflanken stärker hervorzuheben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Bildpunkt durch Vergleich seines Grauwertes mit einem ersten Schwellwert
ein erster oder zweiter Binärwert zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
das als erster Schwellwert ein über 200 liegender Wert gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der in dem Schritt (b) ermittelte Teil des Umrisses jeder Zahnflanke geschlossen
oder so ergänzt wird, daß das zweite digitale Bild wenigstens zwei vollständige be
nachbarte Seiten oder vier Punkte des Umrisses oder den geschlossenen vollständi
gen Umriß enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
das in dem Schritt (c) die Tragbilder aus dem ersten digitalen Grauwertbild extrahiert
werden, indem ein Histogramm des ersten Grauwertbildes mit einem zweiten Schwell
wert ausgewertet wird, so daß das dritte digitale Bild im Bereich der Zahnflanke die
Tragbilder als geschlossene Flächen enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß als zweiter Schwellwert ein Wert gewählt wird, der 15% bis 20% der niedrigsten
Grauwerte beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flankenbereiche, welche in dem zweiten digitalen Bild durch Tragbildpunkte
repräsentiert werden, die den zweiten Binärwert besitzen und in einer Fläche liegen,
die durch den im Schritt (b) ermittelten Teil des Umrisses aufgespannt wird, in dem
dritten digitalen Bild identifiziert und in die Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes ein
beschrieben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildmatrix des zweiten digitalen Bildes nach dem Einbeschreiben der Tragbild
punkte zu dem vierten digitalen Bild invertiert wird, um die Auswertung zu erleichtern.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung von Lage und Größe des Tragbildes dessen Lage in bezug auf
den Umriß der Zahnflanke vermessen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
- 1. (α) Zeilenweises Suchen von Extrempunkten jedes Tragbildes in bezug auf den Umriß der Zahnflanke,
- 2. (β) Bestimmen der Normalen in jedem Extrempunkt,
- 3. (γ) Bestimmen der Schnittpunkte einer in der Normalen gelegenen Gerade mit dem Umriß, und
- 4. (δ) Bestimmen des Abstandes jedes Schnittpunktes von dem zugeordneten Extrem punkt.
14. Verfahren nach einem der Anspruch 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Bildpunkt des vierten digitalen Bildes durch eine mathematische Transfor
mation, die Form und Krümmung jeder Zahnflanke berücksichtigt, in eine entzerrte
Darstellung überführt wird, die einer in eine Ebene abgewickelten Darstellung der
Zahnflanke entspricht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die digitalen Bilder jeweils durch Überlagern und Mitteln der Aufnahme von mehre
ren Zahnflanken erzeugt werden.
16. Vorrichtung zum optoelektronischen Ermitteln der Tragbilder an Zahnflanken von Zahn
rädern, mit einer Einrichtung (26) zum Auftragen eines Markiermittels auf die Zahnflan
ken wenigstens eines Zahnrades (22, 24) des zu prüfenden Zahnradpaares, mindes
tens einer Kamera (30, 32) und einem rechnergesteuerten Bildverarbeitungssystem
(36), wobei,
die Kamera (30, 32) zum Aufnehmen eines eine Vielzahl von Bildpunkten enthalten den ersten digitalen Bildes (50) von wenigstens einer ein Tragbild (28) aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahnflanke des markierten Zahnrades (24) ausgebildet ist und
das Bildverarbeitungssystem (36) einen Bildspeicher (40) aufweist zum Abspeichern der Bildpunkte in einer Bildmatrix,
eine erste Einrichtung (52) zum Verarbeiten der Bildmatrix, um ein zweites di gitales Bild zu erzeugen, in welchem wenigstens ein Teil des Umrisses der Zahnflanke stärker hervorgehoben ist,
eine zweite Einrichtung (54) zum Verarbeiten des ersten digitalen Bildes, um ein drittes digitales Bild zu erzeugen, das das Tragbild enthält, und
eine Einrichtung (68) zum Überlagern des zweiten digitalen Bildes der Zahn flanke mit dem dritten digitalen Bild, um ein viertes digitales Bild der Zahnflanke zu bestimmen, das wenigstens den ermittelten Teil des Umrisses und darin ein beschrieben das jeweilige Tragbild enthält.
die Kamera (30, 32) zum Aufnehmen eines eine Vielzahl von Bildpunkten enthalten den ersten digitalen Bildes (50) von wenigstens einer ein Tragbild (28) aufweisenden zug- und/oder schubseitigen Zahnflanke des markierten Zahnrades (24) ausgebildet ist und
das Bildverarbeitungssystem (36) einen Bildspeicher (40) aufweist zum Abspeichern der Bildpunkte in einer Bildmatrix,
eine erste Einrichtung (52) zum Verarbeiten der Bildmatrix, um ein zweites di gitales Bild zu erzeugen, in welchem wenigstens ein Teil des Umrisses der Zahnflanke stärker hervorgehoben ist,
eine zweite Einrichtung (54) zum Verarbeiten des ersten digitalen Bildes, um ein drittes digitales Bild zu erzeugen, das das Tragbild enthält, und
eine Einrichtung (68) zum Überlagern des zweiten digitalen Bildes der Zahn flanke mit dem dritten digitalen Bild, um ein viertes digitales Bild der Zahnflanke zu bestimmen, das wenigstens den ermittelten Teil des Umrisses und darin ein beschrieben das jeweilige Tragbild enthält.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
gekennzeichnet durch eine mit dem Bildspeicher (40) verbundene Zuordnungseinrich
tung (34), die jedem Bildpunkt des ersten digitalen Bildes (50) einen bestimmten
Grauwert zuordnet, so daß in dem Bildspeicher (40) das erste digitale Bild als ein digi
tales Grauwertbild abgespeichert wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuordnungseinrichtung (34) so ausgewählt oder einstellbar ist, daß die den
Bildpunkten zugeordneten Grauwerte zwischen 0 und 255 liegen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kamera (32) eine Zeilenkamera ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Verarbeitungseinrichtung ein Hochpaßfilter (52) ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Verarbeitungseinrichtung (52) eine Einrichtung (56) aufweist zum Festle
gen eines ersten Schwellwertes für alle Bildpunkte derart, daß allen Bildpunkten mit ei
nem Grauwert unterhalb des ersten Schwellwertes ein erster Binärwert zugeordnet ist
und daß allen Bildpunkten mit einem Grauwert oberhalb des ersten Schwellwertes ein
zweiter Binärwert zugeordnet ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, gekennzeichnet durch einen Kontur
verfolger (60) mit Suchstrahl, um nicht zusammenhängende Bereiche des ermittelten
Umrißteils zu suchen und miteinander zu verbinden.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, gekennzeichnet durch eine Einrich
tung zum Bilden und Auswerten eines Histogramms (62) des ersten digitalen Grau
wertbildes (50) zum Festlegen eines zweiten Schwellwertes (64), um das dritte digitale
Bild zu erzeugen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch eine Einrich
tung (74) zum Auswerten des vierten digitalen Bildes zum Vermessen der Lage und
Größe des Tragbildes in bezug auf den Umriß.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, gekennzeichnet durch eine Einrich
tung (72) zur mathematischen Transformation des vierten digitalen Bildes in eine ent
zerrte Darstellung entsprechend einer Abwicklung der Zahnflanke in eine Ebene.
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