(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210597423.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310000 浙江省杭州市杭州经济技 术 开发区白杨街道 2号大街9 28号 (72)发明人 郭晓忠　李明阳　李雪岩　杨羊　 邹剑桥　 (74)专利代理 机构 浙江侨悦专利代理有限公司 33470 专利代理师 林燕 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种线结构光测量渐开线齿面的最佳入射 姿态确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种线结构光测量渐开线齿 面的最佳入射姿态确定方法， 包括： 根据测量需 求设计线结构光三维测量仪器， 基于数字孪生技 术构建数字孪生模型； 测量线结构光三维测量仪 器的误差信息， 建立误差体系； 构建镜面反射特 性分析算法， 不考虑齿面粗糙度地映射镜面反射 作用； 构建粗糙度作用下的漫反射特性分析算 法， 映射漫反射作用； 基于误差体系下的数字孪 生模型， 根据镜面反射作用和漫反射作用， 以不 同角度模拟针对线结构光的反射特性； 利用成像 质量评价方法对 各角度进行成像评价， 确定最佳 入射姿态并调整线结构光三维测量仪器。 通过本 发明的技术方案， 能够确定线结构光的最佳入射 姿态， 从而迭代优化调整线结构光三维测量仪器 的测量姿态。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115014243 A 2022.09.06 CN 115014243 A 1.一种线结构光测量渐开线 齿面的最佳入射姿态确定方法， 其特 征在于， 包括： 根据实际测量需求， 设计得到针对齿轮的渐开线 齿面的线结构光 三维测量仪器； 基于数字 孪生技术， 构建与所述线结构光 三维测量仪器相对应的数字 孪生模型； 测量所述线结构光三维测量仪器的形位误差、 装配误差、 传感器安装误差和固有误差、 以及测量系统整体误差， 作为 误差信息； 根据所述 误差信息， 建立所述数字 孪生模型的误差体系； 构建渐开线齿面针对线结构光的镜面反射特性分析算法， 在不考虑齿面粗糙度的情况 下， 映射实际测量过程中所述渐开线 齿面针对所述线结构光的镜面反射作用； 构建所述渐开线齿面在粗糙度作用下针对结构光平面的漫反射特性分析算法， 映射实 际测量过程中所述渐开线 齿面对所述线结构光的漫反射作用； 基于所述误差体系下的所述数字孪生模型， 根据所述镜面反射作用和所述漫反射作 用， 以不同角度模拟仿真所述渐开线 齿面针对线结构光的反射特性； 利用基于相机视场阈值截至策略的成像质量评价方法对各角度进行成像评价， 并评估 以确定线结构光测量所述渐开线 齿面的最佳入射姿态； 将所述线结构光 三维测量仪器调整至所述 最佳入射姿态。 2.根据权利要求1所述的线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿态确定方法， 其特征 在于， 根据实际测量需求， 设计得到针对齿轮的渐开线齿面的线结构光三维测量仪器的具 体过程包括： 根据针对齿轮的实 际测量需求， 设计线结构光三维测量仪器的合适尺寸， 加工并装配 实体零部件得到所述线结构光 三维测量仪器。 3.根据权利要求1所述的线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿态确定方法， 其特征 在于， 所述建立所述数字 孪生模型的误差体系的具体过程包括： 根据所述线结构光三维测量仪器的误差信 息， 基于所述数字孪生模型构建测量误差和 不确定度计算模型； 基于所述数字孪生模型建立传感器信号误差模型、 测量仪器静态误差与动态误差模 型。 4.根据权利要求1所述的线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿态确定方法， 其特征 在于， 所述利用基于相 机视场阈值截至策略的成像质量评价方法对各角度进行成像评价， 并评估以确定线结构光测量所述渐开线 齿面的最佳入射姿态的具体过程包括： 基于相机视场阈值截至策略， 建立渐开线齿面对线结构光的镜面反射及漫反射特性分 析算法， 动态获取并分析渐开线齿面对线结构光的反射作用， 定量分析反射光线进入相 机 视场的强度和范围， 根据无效反射强度和整幅图像无效反射比例， 评价不同入射角度的图 像成像质量； 评估不同入射角度下最佳的图像成像质量， 并以最佳图像成像质量对应的入射角度确 定所述线结构光 三维测量结构中线结构光的最佳入射姿态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115014243 A 2一种线结构光测量渐开 线齿面的最佳入射 姿态确定方 法 技术领域 [0001]本发明涉及测量技术领域， 尤其涉及一种线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿 态确定方法。 背景技术 [0002]目前， 通过使用线结构光测量方法能够快速获取到齿轮表面三维信息， 相较于传 统的接触式测量方式而言， 极大程度上提升了检测效率， 但使用光学测量的方式， 其测量精 度易受线 结构光入射位姿的影响， 相 邻轮齿间的遮挡限制了对齿轮凸面和反射面信息的获 取能力。 [0003]线结构光测量原理如图1左图所示， 激光源发射激光束， 激光束经柱面透镜形成激 光平面， 激光平面与被测表面形成一条 交线， 交线信息经透镜被感光元件记录， 用于快速获 取目标表面轮廓。 图1右图灰色区域为传感器有效测量范围， 传感器入射角度以及工作 距离 会限制齿面信息的获取。 [0004]从图2的实验结果来看， x＝4mm处齿根区域数据无法有效获取， 其原因在 于激光线 在齿根区域的投影存在多次反射， 限制了此 处齿面有效信息的获取。 对于大型齿轮而言， 其 齿距较大， 激光平面入射角度范围也较大， 齿根部位的光线反射效应小， 测量难度不高， 但 对于小模数齿轮的测量， 激光平面的入射姿态将会严重影响到测量结果。 [0005]现阶段， 齿轮线结构光三维测量精度受限于齿轮自身复杂的几何特性， 相邻轮齿 之间会造成结构光遮挡， 限制了结构光平面的入射姿态； 齿面各部位曲率不同且变化剧烈， 齿根齿顶一般为非渐开线齿面， 使得结构光对完整齿面的反射规律不一， 加之可能的变位 和修形， 增加了反射复杂性； 齿根附近由于空间狭小造成测量光线多次反射， 进而产生无效 数据难以分辨剔除， 以上因素在一定程度上限制了齿轮线结构光 三维测量精度。 发明内容 [0006]针对上述问题， 本发明提供了一种线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿态确定 方法， 通过构建齿轮线结构光三维测量仪器的数字孪生模型， 通过该模型分析渐开线齿面 对线结构光的镜面反射与 漫反射特性， 此外， 基于相 机视场阈值截至策略的成像质量评价 方法， 分析反射光线进入相机的强度和范围， 确定线 结构光的最佳入射姿态， 从而迭代优化 调整线结构光 三维测量仪器的测量姿态。 [0007]为实现上述目的， 本发明提供了一种线结构光测量渐开线齿面的最佳入射姿态确 定方法， 包括： [0008]根据实际测量需求， 设计得到针对齿轮的渐开线 齿面的线结构光 三维测量仪器； [0009]基于数字 孪生技术， 构建与所述线结构光 三维测量仪器相对应的数字 孪生模型； [0010]测量所述线结构光三维测量仪器的形位误差、 装配误差、 传感器安装误差和固有 误差、 以及测量系统整体误差， 作为 误差信息； [0011]根据所述 误差信息， 建立所述数字 孪生模型的误差体系；说　明　书 1/5 页 3 CN 115014243 A 3