论文总字数：19764字

摘 要

齿轮作为工业领域中运用最为广泛的传动件，在机器设备、仪器仪表、航空航天及军事等领域中都发挥着巨大的作用，也是历来科研人员和机械从业者的研究重点之一。传统的齿轮检测多具有效率低下，成本过高，操作不够简便等缺陷。伴随着机器视觉技术近些年来的迅猛发展，高精度的机器视觉齿轮检测装置的需求日益旺盛。本文以直齿轮作为研究对象，基于Matlab软件作为实验平台，设计了一套从齿轮图像获取，到齿轮图像处理算法，包括边缘检测，特征提取等，最终可以完成直齿轮的基本参数检测的装置。本套装置的检测可以满足传统的工业检测要求，不仅能够有效的降低成本，还能极大的提升效率，减少检测失误率。这次课题的研究可以为以后工业生产非接触式无损检测技术去替代传统的测量技术检测直齿轮成品率提供有效技术支持。

关键词：机械视觉，图像处理，齿轮检测，边缘检测，特征提取

Abstract

As the most widely used transmission part in the industrial field, gear has played a huge role in the fields of machinery and equipment, instruments, aerospace and military, and has always been one of the research priorities of researchers and mechanical practitioners.The traditional gear detection has many defects, such as low efficiency, high cost and simple operation.With the rapid development of machine vision technology in recent years, the demand for high precision machine vision gear detection device is increasing.In this paper, straight gear is taken as the research object, based on Matlab software as the experimental platform, a set of gear image acquisition, to gear image processing algorithm, including edge detection, feature extraction, etc., can finally complete the basic parameters of straight gear detection device.The detection of this set of device can meet the traditional industrial testing requirements, which can not only effectively reduce the cost, but also greatly improve the efficiency and reduce the detection error rate.The research of this project can provide effective technical support for the industrial production of non-contact non-destructive testing technology to replace the traditional measurement technology to test the yield of spur gear.

Keywords: mechanical vision, image processing, gear detection, edge detection, feature extraction

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2国外研究现状 2

1.3国内研究现状 3

1.4论文主要研究内容 4

第二章 基于机器视觉的直齿轮检测系统设计 5

2.1检测系统的整体设计 5

2.2检测系统硬件平台设计 5

2.2.1照明方式的选择及光源 6

2.2.2光学镜头 8

2.2.3相机 9

2.3检测系统软件平台设计 10

2.4本章小结 10

第三章 齿轮图像处理方法 12

3.1 齿轮图像的灰度处理 12

3.2图像获取中噪声处理 13

3.2.1噪声的来源分析 13

3.2.2噪声的滤波方法 13

3.3 灰度图像二值化 15

3.3.1 全局阈值 15

3.3.2 可变阈值 15

3.4 边缘检测的原理 16

3.4.1 边缘检测算子 17

3.4.2 边缘检测实验 18

3.4.3基于Canny算子边缘检测。 19

3.5本章小结 20

第四章 齿轮尺寸的测量实验 21

4.1摄像头标定 21

4.2齿轮检测的过程 22

4.3齿轮尺寸检测算法 24

5.4测量误差分析 27

4.5本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1全文总结 28

5.2总结与展望 29

第六章 经济性分析 30

6.1经济分析 30

6.2可持续发展 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

古代中国就曾经有使用齿轮的痕迹，据史料记载，早在公元前三百年的时候，古代中国就产生了类似齿轮的装置，我过从山西出土的青铜器文物中，就有一件是我国发现的最原始的齿轮。包括我国历史上出现的指南车，也是基于齿轮传动装置的文明产物。十七世纪时，世界上才开始有关于齿轮形状的研究。到了十八世纪，欧洲的工业革命开始后，齿轮才开始崭露头角。一直到了二十世纪，渐开线齿轮开始展现出它的优势，大范围的应用在全世界各个领域中。

齿轮作为一种通过各个齿啮合，可以稳定传递动力的元器件，大到汽车轮船，小到钟表指南，都离不开齿轮的应用。目前来看，在各个工业领域之中，几乎都存在齿轮的使用，与生产息息相关。在2010年末，根据我国统计局统计，我国齿轮年销售额已经突破了千亿大关，不仅如此，整个齿轮行业的需求总金额更是远远超过了1400亿元^[1]。

为了确保齿轮在应用过程中的稳定性，确保齿轮的寿命，保证齿轮的啮合情况符合使用要求，齿轮需要满足一定的精度要求后方可出厂使用。而由于齿轮的参数较多，形状复杂，所以传统的检测耗时较长，成本较高，由此也要求齿轮精度检测设备要不断提高检测效率和精度，满足实际生产需要。

机器视觉是人工智能发展的一个分支，是一门涉及了多个专业的学科，包括了信息技术，机械工程，光电处理，计算机视觉，图像处理，机器学习^[2]等专业。一般的机械视觉系统由照明系统，图像单元采集，图像处理，计算机分析这几部分组成，且经过这几年的告诉发展，在工业上已有丰富的应用。如图1-1为机械视觉检测系统在微电子检测中的应用。

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