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封面故事 Cover Story
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封面故事
3D成像
3D 视觉系统快速检测齿轮缺陷
文/Andy Wilson
虽然对于齿轮检测而言准确性至关重要，但在实际生 显然，40s 和 6min 之间的差距还是很大的。而我们的
产中，检验速度也是一项非常重要的指标。如果齿轮制造 GearINSPECTION 系统，检测每个齿轮需要的时间为 30s
商在一分钟或更短的时间内生产出一个齿轮，但是检测每 或更短。”
个齿轮却需要花上几分钟的时间，那么可能并不是每个齿 机器测量设计的核心是用于检测小齿轮的几何形状，
轮都被检测。不用说，如果是这种情况，可能会有很多齿 这些小齿轮具有 3mm 最小内圈直径、80mm 最大外圈直径，
轮缺陷是在齿轮箱被组装和测试之后，才被识别出来。这 高度范围 1~25mm。针对这样大小的齿轮检测，该机器使
对齿轮箱制造商而言，遇到这种情况将需要重新拆卸有故 用了 Keyence 公司（www.keyence.com）的五个 LJ-V7060
障的齿轮箱、找出并更换故障齿轮，这将是一项耗时耗力 3D 激光位移传感器，在不到两秒的时间内扫描齿轮，收
的昂贵行为。 集数百万个数据点。
“目前我们正在开发一种可测量高度达 40mm 的齿轮
的系统。”Rosenbaum 说道，“然而，这至少需要七个传感
器，但是 Keyence 的传感器太过笨重，无法安装到机器
中。”因此，MS3D 公司的工程师选用了 Micro Epsilon 公
司（www.micro-epsilon.com）更小型的 2700 系列激光传
感器，它们的体积足够小巧，以满足该机器的安装需求。
在五传感器系统中，一个激光位移传感器扫描中心
孔，另外四个传感器扫描齿轮的两侧，齿轮齿的每一侧需
要使用两个传感器。在生产中，通常使用机器人或是手动
的方式，将小齿轮装载到计量中心的三脚架上。
“装载和卸载齿轮通常需要 4s 的时间，”Rosenbaum
介绍说，“随后齿轮旋转，四个传感器开始从各个不同的
图1：新开发的齿轮检测系统使用多个3D激光线三角测量传感器，能提供 Xc Industrial PC
100％的齿轮在线检测，为齿轮箱制造商节省大量时间和金钱。 Zc
认识到上述问题后，法国 Mesure-Systems3D 公司 3D laser
displacement
（www.ms3d.eu/en/）开发了一种非接触式 3D 扫描系统， sensor W
可以在生产车间执行 100％的齿轮在线检测。该系统称为
GearINSPECTION，在去年的 VISION 2016 展会和德国斯
图加特会议上首次亮相。 Rotary stage
“根据工厂设施情况和齿轮类型，基本上生产一个
齿轮的时间在 10~40s 之间，这是一个齿轮的生产周期 图2：在五传感器系统中，一个轮廓扫描仪将中心孔数字化，另外四个扫描仪
时 间。”MS3D 公 司 总 裁 Marc Rosenbaum 博 士 介 绍 说， 在齿轮转动时，同时从各个不同的位置和角度扫描齿轮的侧面。来自每个传感
器的单个点云被组合成到一起，随后对其进行分析，进而提取齿轮的完整3D
“目前使用的接触式测量系统的测量周期为 5~6min，很 测量信息。
24 Jul/Aug 2017 视觉系统设计 Vision Systems Design China
