本發(fā)明涉及一種辨識系統(tǒng)與辨識方法，且特別涉及一種齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前齒輪測量儀普遍為接觸式齒輪測量儀，用于測量齒輪的尺寸、幾何精度、形狀輪廓、表面粗糙度等，這些接觸式探針測量設(shè)備體積龐大且昂貴。而且，測量數(shù)據(jù)皆為單一齒輪的信息，但是由于齒輪傳動并非為僅靠單一齒輪運作，需搭配另一齒輪方能進(jìn)行能量傳送或機構(gòu)定位。分析齒輪與齒輪嚙合后齒面的狀態(tài)所得到的信息，可有效判斷齒面嚙合良好與否，并判斷出齒輪組運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪音或震動的原因。目前，都是在齒輪的齒面涂抹紅丹漆后，讓齒輪進(jìn)行負(fù)載運轉(zhuǎn)測試，再經(jīng)齒輪工程師以肉眼觀察紅丹漆的分布狀況而做主觀式判斷齒型設(shè)計是否恰當(dāng)。但因每個人的主觀感覺不同而使得判斷結(jié)果不客觀，不僅要不斷更新齒型的設(shè)計，還可能最終依舊無法有效解決齒輪組運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪音或震動的問題，因此亟待改善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與方法，用于解決因為主觀判斷所導(dǎo)致的問題。

本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)包括影像獲取單元、儲存單元以及影像處理單元。影像獲取單元用于獲取齒輪的至少一齒面的一影像信息。儲存單元耦接影像獲取單元以儲存影像信息。影像處理單元耦接儲存單元以獲得影像信息，并處理影像信息以取得齒面的嚙合區(qū)域的至少一量化值。

本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識方法包括下列步驟。使齒輪進(jìn)行嚙合運轉(zhuǎn)，其中齒輪的至少一齒面上覆蓋有一顏色層。獲取嚙合運轉(zhuǎn)后的齒面的影像信息。處理影像信息以獲得影像信息中的嚙合區(qū)域的至少一量化值。

基于上述，在本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與方法中，是獲取嚙合區(qū)域的影像并將之量化后做判斷，以便修正齒面的設(shè)計，并且避免人為判斷的誤差。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例之齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)的示意圖。

圖2是齒面上的嚙合區(qū)域的示意圖。

圖3是本發(fā)明一實施例之齒輪嚙合區(qū)域辨識方法的流程圖。

圖4是齒輪實際嚙合運轉(zhuǎn)后的影像信息。

圖5A至圖5C是圖4的局部影像信息在不同處理階段的狀態(tài)。

圖6是嚙合區(qū)域的量化值的應(yīng)用的實驗范例。

其中附圖標(biāo)記為：

30：齒面 31：嚙合區(qū)域

32：非嚙合區(qū)域 50：齒輪

52：顏色層

100：齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng) 110：影像獲取單元

120：儲存單元 130：影像處理單元

132：影像校正電路 134：影像分割電路

136：影像合并電路 140：照明單元

150：中央處理器 160：顯示裝置

170：轉(zhuǎn)動單元 172：轉(zhuǎn)動控制單元

182：影像輸入單元 184：影像輸出單元

S40～S46：步驟 A：期望點

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。

圖1是本發(fā)明一實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)的示意圖。圖2是齒面上的嚙合區(qū)域的示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)100至少包括一影像獲取單元110、一儲存單元120以及一影像處理單元130。影像獲取單元110用于獲取齒輪50的至少一齒面30的一影像信息。儲存單元120耦接影像獲取單元110以儲存影像信息。影像處理單元130耦接儲存單元120以獲得影像信息，并處理影像信息以取得齒面30的一嚙合區(qū)域31的至少一量化值。

圖3是本發(fā)明一實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識方法的流程圖。圖4是齒輪實際嚙合運轉(zhuǎn)后的影像信息。請參照圖3與圖4，本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識方法主要包括下列步驟。使一齒輪進(jìn)行嚙合運轉(zhuǎn)(步驟S40)。齒輪50的至少一齒面30上覆蓋有一顏色層52。接著，獲取嚙合運轉(zhuǎn)后的齒面30的影像信息(步驟S41)。然后，處理影像信息以獲得影像信息中的嚙合區(qū)域的至少一量化值(步驟S42至步驟S45)。

在本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)100以及齒輪嚙合區(qū)域辨識方法中，對影像獲取單元110所獲取的影像信息進(jìn)行處理后，就可獲得齒輪50嚙合運轉(zhuǎn)后實際的嚙合區(qū)域31的量化值。根據(jù)量化值，可以客觀地判斷齒輪50的設(shè)計是否恰當(dāng)，或者應(yīng)該要如何修改。因此，不僅可有效應(yīng)用于檢測與改善齒輪組的應(yīng)用，例如：車輛變速齒輪箱、機器人、機器手臂協(xié)調(diào)齒輪及減速齒輪組、電腦數(shù)值切削設(shè)備等，更能提供量化分析結(jié)果給齒輪設(shè)計或制造業(yè)者改善齒輪組整體效率、振動與噪音，甚至可以協(xié)助提升齒輪組的剛性與強健性。如此，可改善目前昂貴、大型的接觸式探針齒輪測量設(shè)備機臺的缺點。

舉例來說，當(dāng)兩個齒輪彼此嚙合的區(qū)域受力分布不均勻，兩個齒輪組在運轉(zhuǎn)時就容易產(chǎn)生相對滑動，而無法達(dá)成齒輪組運轉(zhuǎn)時欲獲得的省力或放大扭力的目的。此外，兩個齒輪間相互嚙合的中心點偏離時，也容易產(chǎn)生噪音與振動。一旦齒輪運轉(zhuǎn)的角度偏離理想值，將會嚴(yán)重影響應(yīng)用這個齒輪組的整個系統(tǒng)的精度與運轉(zhuǎn)效率。另外，當(dāng)兩個齒輪彼此嚙合的區(qū)域受力分布不均勻，用于保護(hù)齒面的潤滑油膜容易被切斷，使各齒面更加容易磨損崩裂，減少齒輪組壽命。最明顯的例子莫過于車輛變速箱，變速箱由多組齒輪組組合而成。當(dāng)發(fā)生上述問題時，容易造成車輛在入檔與退檔時發(fā)生失效或頓挫感，入檔時引擎也容易抖動或熄火，換檔時會發(fā)出嚴(yán)重噪音，嚴(yán)重甚至?xí)棺兯傧涞氖褂脡勖s減。

但是，應(yīng)用了本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)100以及齒輪嚙合區(qū)域辨識方法，可在齒輪的設(shè)計階段就分析出客觀而有效的修改意見，而不需要等到產(chǎn)品真正發(fā)生問題時才耗費人力與物力找出問題根源。使得齒輪產(chǎn)品具有動力傳遞損失少、齒輪安靜運轉(zhuǎn)、運轉(zhuǎn)振動小與潤滑油膜確實保護(hù)齒輪而提高齒輪組可靠度與耐久度的優(yōu)點。

以上為本發(fā)明一實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與齒輪嚙合區(qū)域辨識方法的主要技術(shù)方案以及所產(chǎn)生的功效的概略說明。以下將說明本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與齒輪嚙合區(qū)域辨識方法的其他選擇性技術(shù)方案，但本發(fā)明不局限于此。

請參照圖1，本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)100可還包括一照明單元140、一中央處理器150、一顯示裝置160、一轉(zhuǎn)動單元170、一影像輸入單元182與一影像輸出單元184。照明單元140用于在影像獲取單元110獲取影像信息時照明齒面30。照明單元140打光在齒面30上時，盡量以提供均勻的亮度分布為目的，同時避開曲面或金屬表面所造成的雜光散射現(xiàn)象，以獲取出齒面30的清晰且均勻亮度的影像信息。照明單元140可以是環(huán)型光源、點光源、穹型光源、平板式光源、條型光源、同軸光源等，但本發(fā)明不以此為限。中央處理器150耦接于影像處理單元130與儲存單元120之間，并耦接影像獲取單元110，可執(zhí)行周邊晶片初始化、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、量化統(tǒng)計與分析等功能。

顯示裝置160耦接影像獲取單元110與影像處理單元130至少其中之一。顯示裝置160耦接影像獲取單元110時，可以直接顯示影像獲取單元110所獲取到但尚未經(jīng)過處理的影像信息，必要時可以調(diào)整照明單元140的照射角度、齒輪50齒面的角度等。顯示裝置160耦接影像處理單元130時，可以顯示處理后的影像信息，還可顯示量化值的統(tǒng)計與分析圖表。當(dāng)然，顯示裝置160同時耦接影像獲取單元110與影像處理單元130時，可同時顯示上述各種信息或進(jìn)行顯示內(nèi)容的切換。相似地，儲存單元120也可儲存未經(jīng)處理的影像信息、處理后的影像信息、處理所得的量化值、由多個量化值所建立的數(shù)據(jù)庫及/或分析圖表等。中央處理器150例如是經(jīng)由影像輸入單元182而耦接于影像獲取單元110，且中央處理器150例如是經(jīng)由影像輸出單元184而耦接于顯示裝置160。

轉(zhuǎn)動單元170用于承載并驅(qū)動齒輪50，以便將齒輪50的齒面30轉(zhuǎn)動至適合由影像獲取單元110獲取影像信息的角度。轉(zhuǎn)動單元170可以是各類型的馬達(dá)，可以由皮帶輪帶動或手動旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動單元170可包括轉(zhuǎn)動控制單元172，用于控制齒輪50的旋轉(zhuǎn)角度。為了因應(yīng)后續(xù)影像信息處理的需求，例如是降低外在變動因素，當(dāng)獲取多個不同的齒面30的影像信息時，可以相同的拍攝方向?qū)γ總€齒面30進(jìn)行影像獲取。例如可利用感應(yīng)器檢測所要拍攝的齒面30，并對應(yīng)地控制轉(zhuǎn)動單元170旋轉(zhuǎn)齒輪50而進(jìn)行齒面30的定位作業(yè)。影像獲取單元110也可直接移動到大型設(shè)備中進(jìn)行齒面30影像的即時獲取，而不需要將齒輪50由設(shè)備卸下以獲取影像。

請參照圖3，本實施例的齒輪嚙合區(qū)域辨識方法進(jìn)行步驟S40前，會先以顏色層52涂布齒面30上，如圖4所示。顏色層52例如是紅丹漆(鉛丹漆)，但也可以是其它可均勻附著于齒面30的涂料，或是在制造齒輪50時以濺鍍或其他方式形成在齒面30上的銅層或其他材料層。顏色層52主要是要提供不同于齒輪50本身材料的顏色。在進(jìn)行步驟S40時，可以施加輕負(fù)載、重負(fù)載或是進(jìn)行耐久測試的方式進(jìn)行齒輪嚙合運轉(zhuǎn)。進(jìn)行步驟S40后，齒面30上會產(chǎn)生殘留顏色層52的非嚙合區(qū)域32與顏色層52被部分移除的嚙合區(qū)域31，如圖4的實際影像信息或圖2的示意圖所示。

接著進(jìn)行步驟S41，獲取如圖4的原始影像信息。然后進(jìn)行步驟S42，例如由圖1的影像處理單元130的影像校正電路132對原始影像信息進(jìn)行曲面校正。步驟S42適合運用在齒面30為曲面的狀況，而若齒面30為平面則可以省略步驟S42。在此，是針對圖4中齒面30被框起部分進(jìn)行曲面校正，以得到如圖5A所示的影像信息。接著進(jìn)行步驟S43，轉(zhuǎn)換曲面校正后的影像信息以獲得影像信息的色彩空間信息，例如可轉(zhuǎn)換成RGB、LAB、HSV、YCbCr等色彩空間信息，以便于更容易辨識顏色層52。因此，可依據(jù)顏色層52的顏色特性而決定所要轉(zhuǎn)換的目標(biāo)色彩空間信息。

接著進(jìn)行步驟S44，例如由圖1的影像處理單元130的影像分割電路134進(jìn)行影像區(qū)域分割，以得到如圖5B所示的影像信息。圖5B中，例如是以色塊來區(qū)分不同位置及色彩范圍的色彩空間信息。影像區(qū)域分割方法可應(yīng)用分水嶺法、型態(tài)學(xué)、小波轉(zhuǎn)換法、尺度不辨特征轉(zhuǎn)換法(SIFT)、二值化法、最大期望值演算法或其他方法。然后，由圖1的影像處理單元130的影像合并電路136進(jìn)行影像區(qū)域合并，以得到如圖5C所示的影像信息。圖5C中，以黑色標(biāo)示嚙合區(qū)域的范圍。影像區(qū)域合并是將分割后具有相同特性的各區(qū)域合并，以確定如圖2所示的嚙合區(qū)域31的范圍。影像區(qū)域合并方法可應(yīng)用分水嶺法、型態(tài)學(xué)、小波轉(zhuǎn)換法、群聚法、類神經(jīng)網(wǎng)路或其他方法。

接著根據(jù)如圖5C所示的處理后的影像信息而獲得嚙合區(qū)域的量化值，此量化值可以是嚙合區(qū)域的形心座標(biāo)、總面積、輪廓、滾動面積、滑動面積或其他量化值。前述的內(nèi)容都以取得單一齒輪單一齒面的嚙合區(qū)域的量化值為例。但是，本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識方法也可重復(fù)前述步驟S41至步驟S45，以獲得單一齒輪組多個齒輪的多個齒面的多個嚙合區(qū)域的多個量化值，或甚至是多個齒輪組的多個量化值，并在隨后的步驟S47中建立這些量化值的數(shù)據(jù)庫，以提供整個齒輪組的設(shè)計修改建議。

舉例來說，圖6標(biāo)示了一個齒輪的43個嚙合區(qū)域的形心座標(biāo)。理想中，這43個嚙合區(qū)域的形心座標(biāo)應(yīng)該要相同，也就是都嚙合于相對的同一位置，例如是期望點A，但圖6中卻顯示這些形心座標(biāo)是雜亂無序的分布，且有幾個齒面的形心座標(biāo)的偏移量較大。齒輪的設(shè)計者就可以利用這樣客觀的統(tǒng)計資料準(zhǔn)確地進(jìn)行齒輪的設(shè)計修改，而不會像從前一樣只能聽從檢測人員以肉眼觀察所做出的主觀修改建議。

綜上所述，在本發(fā)明的齒輪嚙合區(qū)域辨識系統(tǒng)與齒輪嚙合區(qū)域辨識方法中，可分析嚙合區(qū)域影像的量化值而得到客觀的修改建議，并有效地修改齒輪的設(shè)計且避免人為判斷的誤差。如此，可快速、精準(zhǔn)的改善齒輪之運轉(zhuǎn)性能、嚙合特性、耐久性、可靠度，并解決振動、噪音之問題，同時節(jié)省多次修改設(shè)計所耗費的人力與物力。

雖然本發(fā)明已以實施例發(fā)明如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通知常識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改動與修飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。