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研究生:陳鶴霖
研究生(外文):Ho-Lin Chen
論文名稱:平面齒輪之自動化檢驗系統開發
論文名稱(外文):Development of An Automated Inspection System for the Planar Gears
指導教授:張信良張信良引用關係
指導教授(外文):Shinn-Liang Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械與機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:影像處理量測齒形精度節距誤差自動化
外文關鍵詞:Image ProcessingMeasurementProfile DeviationPitch ErrorAutomation
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現今常用的齒輪檢測多以接觸的方式為之,高精度的齒輪需使用昂貴的齒輪量測儀,對於小尺寸齒輪的量測則還在開發階段尚未成熟,因此,本研究旨在開發利用影像處理技術整合雙軸電控平移台,對平面齒輪中之正齒輪進行自動化精度檢測。市售影像量測儀的功能,大多是以點、線、圓、弧來測量待測元件,因此,應用於齒輪的量測上只能求出齒頂及齒根圓。齒輪之齒形為一複雜曲線,現有的影像量測儀無法測量出齒輪的主要尺寸及齒形精度。因此,本研究開發影像處理應用於正齒輪的自動化量測技術,針對正齒輪的外型輪廓進行特徵的擷取與計算,量測出齒輪的外徑、根徑、齒厚…等基本參數,並求出齒形精度、節距誤差…等各項重要精度指標,為了驗證本研究所開發之系統,使用接觸式量測並取其量測參數與本研究所開發之系統作誤差比較。
本研究所開發之量測系統結合了市售CCD攝影頭及雙軸電控平移台,應用到小齒輪的量測,提供一可靠的齒輪量測方式,更可解決以往無法量測小尺寸正齒輪製造精度之課題,成果亦可應用於其他型式的平面齒輪,快速進行生產線上的量測及齒輪定位以達到快速量測的效果。


In Commercial, most of the measurements of gears are measured by the direct contact between the stylus and gears. However, the device is expensive and can’t be applied to the small gears.
The main objective of this thesis is to develop a measurement system for the planar gears of spur gears by the image processing technology. Now, the commercial image measurement systems could measure the point, line, and fillet of a work piece. So it can only be applied to measure the outside and inside diameters of gears but not the profile deviation, pitch error, and so on, due to the gears complicated geometry.
Therefore, the measurement system of planar gears using the image process technology is developed here. For the spur gears, the developed system can be applied in the measurement of the important parameters and precision of gear tooth profile, etc. In order to validate the developed system, the direct contact measurement is also proceeded in this thesis.
The developed measurement system in this research combines a commercial CCD (Charge Coupled Device) camera and XY-Table. It provides a reliable and powerful method to measure the spur gear. The results can also be applied to the other types of planar gears and can also be applied in the measurement of production line by the easy setting and measurement of gears.


摘要.........I
ABSTRACT.........II
表目錄.........IX
圖目錄.........X
第一章 緒論.........1
1.1 前言.........1
1.2 研究動機與目的.........1
1.3 文獻回顧.........2
1.4 論文架構.........4
第二章 數位影像處理簡介.........5
2.1數位影像處理.........5
2.2彩色影像灰階化.........6
2.3 影像二值化.........8
2.3.1 閥值選擇.........9
2.4邊緣濾波(邊緣偵測).........10
2.4.1 影像邊緣偵測.........10

第三章 正齒輪簡介.........12
3.1 正齒輪各部位名稱說明.........12
3.2 漸開線齒形.........14
3.3 正齒輪相關計算公式.........17
3.4 齒輪量測方式.........18
第四章 像素運算方法 .........23
4.1 線段長度.........23
4.2 直角座標之圓方程式.........24
4.3 直線方程式與其垂線方程式 .........24
4.4 圓外一點與圓之切線方程式 .........26
4.5 弧長計算.........28
4.6 最小平方法.........28
4.7 面積最小平方法.........30
4.8 由圖像求得真實尺寸方法.........32
4.9 像素點搜尋法.........32
第五章 影像量測系統 .........34
5.1 量測系統之架構 .........34
5.2 量測系統設備介紹.........38
5.2.1 影像擷取系統 .........42
5.2.2 光源.........43
5.3即時顯示曲線圖.........45
第六章 實驗流程與結果.........46
6.1視窗環境介面.........47
6.2 像素解析度矯正.........47
6.3 正齒輪影像量測程序.........49
6.3.1 齒輪影像中心的評估.........51
6.3.2 對正中心.........52
6.3.3 尋找節點.........53
6.3.4 計算節距.........53
6.3.5 計算齒厚.........54
6.3.6 齒高計算.........55
6.3.7 計算齒間、齒根徑與齒深 .........55
6.3.8 評估偏擺量.........56
6.3.9 評估齒形誤差.........57
6.4 量測比對.........59
6.4.1理論齒輪之量測結果.........59
6.4.2 實際正齒輪之量測比較.........60
6.4.3正齒輪之量測誤差分析.........63
第七章 結論與未來展望.........64
7.1 結論 .........64
7.2 未來展望.........65
參考文獻.........66
Extended Abstract
簡歷


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