[發明專利]基于嚙合-像素圖像邊緣跟蹤法的齒輪齒廓邊界提取方法

有效

• 申請號: 201810219776.0
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108447071B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 姚斌;蔡志欽;王建軍;陳彬強;宋世毅;李紅建;楊小勇
• 申請（專利權）人: 中國一拖集團有限公司;廈門大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

基于嚙合?像素圖像邊緣跟蹤法的齒輪齒廓邊界提取方法，涉及齒輪。定義刀具與包絡齒廓之間的傳動比關系，設定刀具廓形步長和包絡步長，獲得不同嚙合時間下的瞬時接觸圖像，將每個曲線包絡簇圖像進行二值化處理；掃略包絡曲線簇邊界，獲取邊界像素點，輪齒齒廓均為曲率變化規則的光滑齒廓；采用傳統邊界跟蹤法對齒廓邊緣進行初步跟蹤，再結合階梯型的齒廓像素邊界特點及相鄰齒廓曲率變化小的位置像素缺失這兩大特征，對像素點進行二次提取與補償，提高齒廓精度；刀具齒廓坐標標定；提取瞬時嚙合點的像素坐標；不同瞬時嚙合圖像像素點間的轉化；根據坐標變換過程，提取最終的齒廓坐標，提取齒輪的邊緣齒廓，并進行齒形誤差及接觸線誤差分析。

技術領域

本發明涉及齒輪，尤其是涉及基于嚙合-像素圖像邊緣跟蹤法的齒輪齒廓邊界提取方法。

背景技術

隨著齒輪的廣泛應用，其齒形的復雜程度也隨之增加，如變齒厚齒輪、非圓齒輪、壓縮機螺桿轉子等。如何簡單快速地設計并模擬出切削加工后的精確齒形就顯得額外的重要。

在復雜曲面的齒面設計研究方面，吳序堂歸納并提出解析包絡法和齒廓法線法兩種計算嚙合運動共軛曲面的方法及其推算過程^[1]；Spitas通過引入了一種把齒輪齒面離散成數段漸開線段的方法來確定共軛齒形^[2]；F.L.Litvin等結合曲面共軛的基本原理對齒輪幾何學進行了系統的研究^[3-6]。然而，根據曲面共軛理論所建立的模型在求解過程中存在兩方面問題：一方面復雜的齒面嚙合方程求解復雜，另一方面是在發生根切或者雙包絡時在奇異點附近會出現數值不穩定的現象。因此，一些不需要借助傳統復雜的齒面嚙合方程即可獲得精確齒形的新方法開始被提出，比如：1)借助CAD/CAE軟件中的布爾運算方式，完成復雜曲面的三維造型。付自平等利用VB和AutoCAD二次開發實現正交面齒輪插齒加工運動的計算機仿真^[7]。林超等采用虛擬仿真技術和軟件技術，分析了加工過程中刀具的走刀軌跡，開發了相交軸間變傳動比齒輪副的參數化設計方法和仿真加工系統^[8]。由于該方法的準確性和穩定性，具有很大的應用前景。但該技術由于以三維布爾運算為基礎，執行計算效率較低；2)通過模擬齒輪副等共軛曲面的成形加工過程，替代傳統的共軛原理的計算方式，以一些特殊的方法提取包絡邊界。沈志煌利用包絡原理建立了螺桿轉子與成形砂輪之間共軛運動形成的掃掠面模型，利用計算機圖形學理論提取圖像廓形數據^[9]。該方法可以快速的獲得圖像的廓形數據，但由于圖像邊界的精度取決于跟蹤軌跡的規劃、像素點數量及曲線的擬合精度，跟蹤到的像素點與理論曲線存在較大的原理誤差。

參考文獻：

[1]Xutang Wu.Principle of Gear Engagement[M].Xi’an:Xi’anJiaoTongUniversity Press,2nd,2009.

[2]Spitas V,Costopoulos T,Spitas C.Fast modeling of conjugate geartooth profiles using discrete presentation by involute segments[J].Mechanismand machine theory,2007,42(6):751-762.

[3]F.Litvin,Y.Zhang,J.C.Wang.Design and geometry of face-gear drive[J].ASME,Journal of Mechanical Design,1992,114:642—647.

[4]F.Litvin,A.Fuentes.Gear geometry and applied theory[M].Cambridge:CambridgeUniversity Press,2004.