汽车变速箱齿轮几何参数视觉测量方法研究*

doi:10.16731/j.cnki.1671-3133.2026.04.014

现代制造工程 ›› 2026, Vol. 547 ›› Issue (4): 117-128.doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2026.04.014

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汽车变速箱齿轮几何参数视觉测量方法研究^*

袁海兵^1,2,3,4, 杨奕洋¹, 袁三红^1,2, 郭冰庆¹, 田根¹, 徐欢¹

1 湖北汽车工业学院汽车智能制造学院,十堰 442000;
2 东风设备制造有限公司,十堰 442000;
3 中国工程科技十堰产业技术研究院,十堰 442000;
4 电池关键材料绿色智能制造技术湖北省重点实验室,十堰 442000

收稿日期:2025-05-28 发布日期:2026-05-07
通讯作者: 杨奕洋,硕士研究生,主要研究方向为机器视觉与质量检测。E-mail:202211081@huat.edu.cn
作者简介:袁海兵,教授,硕士研究生导师,主要研究方向为汽车零部件智能检测与装配。
基金资助:
^*教育部产学合作协同育人项目(230801813141503,201902016046,201902118034);湖北省科技厅高端淬火设备智能制造企校联合创新中心项目(QXLHZX2023);湖北省科技厅企业技术创新发展项目(2021BAB018);湖北省教育厅科学研究计划项目(B2022333);十堰市科学技术研究指导项目(16Y97)

Research on visual measurement method of geometric parameters of automobile transmission gear

YUAN Haibing^1,2,3,4, YANG Yiyang¹, YUAN Sanhong^1,2, GUO Bingqing¹, TIAN Gen¹, XU Huan¹

1 Department of Mechanical Engineering,Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442000,China;
2 Dongfeng Machine Tool Plant Co.,Ltd.,Shiyan 442000,China;
3 Shiyan Industry Technique Academy of the Chinese Academy of Engineering,Shiyan 442000,China;
4 Hubei Key Laboratory of Green Intelligent Manufacturing Technologies of Battery Key Materials,Shiyan 442000,China

Received:2025-05-28 Published:2026-05-07

摘要/Abstract

摘要： 针对汽车变速箱齿轮生产过程中采用传统方法测量几何参数时自动化水平差、检测效率低的问题,开发了一种基于视觉原理的汽车变速箱齿轮几何参数测量系统,提高了检测效率与自动化程度。首先,通过图像采集平台获取待测图像,并通过图像预处理剥离齿轮图像与背景信息;然后,面对测量过程中齿轮复杂曲面的光照干扰问题,提出了一种改进的卡尺工具测量法,基于Deriche算法对齿廓进行亚像素级边缘提取,并利用卡尺工具获取边缘点信息,并将其输入到Huber算法中进行边缘拟合,计算得到齿轮几何参数;最后,搭建了汽车变速箱齿轮几何参数测量系统,使用C#编程显示测量结果,通过将测量结果与影像测量仪测量结果进行实验对比可知,汽车变速箱齿轮几何参数测量系统测量精度可达0.02 mm,满足现场精度要求,平均检测时间为2.86 s,相比人工方法,检测效率和自动化程度均得到提高,符合实际生产现场5秒/件的节拍需求,适用于生产现场的快速检测。

关键词: 汽车变速箱, 齿轮, 测量系统, Deriche算法, 改进的卡尺工具测量法, Huber算法

Abstract: To address the issues of low automation and poor efficiency associated with traditional methods for measuring geometric parameters of automotive transmission gears during production, a vision-based measurement system of geometric parameters of automobile transmission gear had been developed. This system significantly enhances detection efficiency and the degree of automation. The process began with an image acquisition platform capturing images of the target gear, followed by image preprocessing to separate the gear from the background. Subsequently, to overcome illumination interference caused by the complex reflective surfaces of the gear during measurement, an improved caliper tool measurement method was proposed. This method utilized the Deriche algorithm for sub-pixel edge extraction of the tooth profile. The caliper tool was then employed to acquire edge point information, which was input into the Huber algorithm for edge fitting, enabling the calculation of the gear′s geometric parameters. Finally, a dedicated measurement system for automotive transmission gear geometric parameters was constructed, with measurement results displayed via programming in C#. Experimental comparisons with results from an optical measuring instrument demonstrate that the proposed system achieves a measurement accuracy of 0.02 mm, meeting on-site precision requirements. The average detection time is 2.86 seconds, representing a significant improvement in both detection efficiency and automation level compared to manual methods. This performance aligns with the practical production cycle demand of 5 seconds per part, making the system highly suitable for rapid on-site detection.

Key words: automobile transmission, gears, measurement system, Deriche algorithm, improved caliper tool measurement method, Huber algorithm

中图分类号:

袁海兵, 杨奕洋, 袁三红, 郭冰庆, 田根, 徐欢. 汽车变速箱齿轮几何参数视觉测量方法研究^*[J]. 现代制造工程, 2026, 547(4): 117-128.

YUAN Haibing, YANG Yiyang, YUAN Sanhong, GUO Bingqing, TIAN Gen, XU Huan. Research on visual measurement method of geometric parameters of automobile transmission gear[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2026, 547(4): 117-128.

参考文献

[1] 《中国公路学报》编辑部.中国汽车工程学术研究综述·2023[J].中国公路学报,2023,36(11):1-19.
[2] 尹仕斌,任永杰,刘涛,等.机器视觉技术在现代汽车制造中的应用综述[J].光学学报,2018,38(8):11-22.
[3] YUAN H,YANG Y,GUO B,et al. Research on gear flank surface defect detection of automotive transmissions based on improved YOLOv8[J]. Measurement Science and Techno-logy,2024,35(12):126007.
[4] 石照耀,方一鸣,王笑一.齿轮视觉检测仪器与技术研究进展[J].激光与光电子学进展,2022,59(14):74-86.
[5] 许英博,李景涛,高飞翔,等.智能电动浪潮下的汽车产业格局重塑[J].汽车安全与节能学报,2023,14(6):651-663.
[6] 凡辉.基于机器视觉的齿轮参数测量方法的研究[D].上海:东华大学,2019.
[7] 石照耀,于渤,宋辉旭,等.20年来齿轮测量技术的发展[J].中国机械工程,2022,33(9):1009-1024.
[8] 凌四营,凌明,林虎,等.高精度齿轮渐开线样板与测量仪器研究进展[J].光学精密工程,2023,31(23):3457-3473.
[9] 赵凤胜,袁海兵,吴俊,等.基于机器视觉的汽车管件法兰尺寸检测系统[J].电子测量技术,2023,46(2):154-160.
[10] 李捷,刘永,李昊泽,等.基于视觉原理的斜齿轮几何参数测量方法研究[J].机电工程,2021,38(11):1451-1457.
[11] 逯海滨,张丹,李长安,等.基于机器视觉的直齿轮齿距偏差检测[J].制造技术与机床,2023(1):126-131.
[12] 王凯,李兴成,黄飞宏,等.基于机器视觉的齿轮自适应测量系统设计[J].工具技术,2023,57(3):125-129.
[13] 汤洁,刘小兵,李睿.未知参数小模数齿轮齿距和齿廓偏差视觉测量[J].光学精密工程,2021,29(1):100-109.
[14] WANG W,GUAN F,MA S,et al. Measurement system of gear parameters based on machine vision[J]. Measurement and Control,2015,48(8):242-248.
[15] 李伟杰,刘永,姜都,等.基于视觉原理的轴承法兰几何参数测量方法研究[J].仪表技术与传感器,2024(10):45-50.
[16] 谢晖,吴先锋,付山,等.基于Halcon的电表铭牌缺陷检测系统[J].现代制造工程,2021(2):119-126.
[17] 张喜民,詹海生. 基于双三次插值的Canny-Devernay亚像素图像边缘检测算法[J]. 现代制造工程,2025(3):107-114.
[18] PREMARATNE P,VIAL P. What Constitute an Effective Edge Detection Algorithm?[C]//International Conference on Intelligent Computing. Singapore:Springer Nature Singapore,2023:523-530.
[19] 吴禄慎,项桔敏,胡贇. 基于机器视觉的卡尺工具法螺母实时检测系统[J]. 仪表技术与传感器,2020(2):50-55.
[20] XU W,ZHAO H,ZHOU L. Modified Huber M-estimate function-based distributed constrained adaptive filtering algorithm over sensor network[J]. IEEE Sensors Journal,2022,22(20):19567-19582.
[21] 全国齿轮标准化技术委员会. 圆柱齿轮ISO齿面公差分级制:GB/T 10095—2022[S]. 北京:中国标准出版社,2022.
[22] 全国量具量仪标准化技术委员会. 齿轮螺旋线样板:GB/T 6468—2010[S]. 北京:中国标准出版社,2011.
[23] 袁海兵,杨奕洋,赵凤胜,等. 改进YOLOv8的汽车齿轮齿面缺陷检测研究[J]. 仪表技术与传感器,2024(12):91-99,106.

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Research on visual measurement method of geometric parameters of automobile transmission gear

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[1]	王少腾, 宋爱平, 黄嘉铭, 蒋凯佳. 平动螺旋齿线圆柱齿轮凹凸齿面曲率半径调节方法与接触状态分析^*[J]. 现代制造工程, 2025, 542(11): 65-73.
[2]	李大庆, 毛亚洲, 张宇轩, 王鑫, 聂少武. 齿面修形量对面齿轮副啮合性能的影响^*[J]. 现代制造工程, 2025, 532(1): 80-86.
[3]	乔宁宁, 李峰. 基于电流信号的变速工况行星齿轮箱故障诊断^*[J]. 现代制造工程, 2025, 532(1): 111-120.
[4]	叶楠, 张传棻, 王荣, 贺明荣, 张雁辉, 段书用. 极端服役多工况风电齿轮箱箱体轻量化设计^*[J]. 现代制造工程, 2024, 528(9): 152-159.
[5]	蒋凯佳, 宋爱平, 黄嘉铭, 陈忠权, 蒋书恒. 新型平面螺旋齿线圆柱齿轮及其加工方法^*[J]. 现代制造工程, 2024, 522(3): 103-109.
[6]	韦智博, 徐恺, 黄成, 李阁强, 肖英. 双圆弧齿轮泵不同工况下流量特性分析^*[J]. 现代制造工程, 2024, 520(1): 11-16.
[7]	王泽贵, 郭丽芳. 基于蜗杆砂轮磨削斜齿面原理性自然扭曲计算及三截面参数修形优化试验验证研究^*[J]. 现代制造工程, 2024, 520(1): 74-79.
[8]	王建;谭志强;王雪峰. 基于切片理论高低转速下斜齿轮仿真可靠性的研究[J]. 现代制造工程, 2023, 515(8): 92-98.
[9]	褚立阳;杨建军;韩正阳;魏冰阳;童爱军;王得峰. 面齿轮齿面拓扑修形设计与接触性能分析[J]. 现代制造工程, 2023, 515(8): 108-114.
[10]	付志远,金隼,李冰,付学中,刘通,韩明阳. 基于MOPSO的斜齿轮传动几何参数多目标优化设计[J]. 现代制造工程, 2023, 508(1): 64-69.
[11]	王青云，王训伟，邱耀弘，HARALD ，雷保珍. 金属注射成形微小齿轮光学全齿扫描测量技术研究[J]. 现代制造工程, 2022, 501(6): 90-96.
[12]	李行，董庆伟，李阁强，朱景龙，. 高速高压圆弧螺旋齿轮泵径向力补偿方法研究[J]. 现代制造工程, 2022, 500(5): 72-78.
[13]	毕浩程、蒋章雷、吴国新、刘秀丽、栾忠权. 基于SSA-VMD和1.5维包络谱的齿轮箱磨损故障诊断的研究[J]. 现代制造工程, 2022, 500(5): 130-137.
[14]	刘成，沈云波，张亚东，朱昭媛. 面向使用性能的人字齿轮对称度误差评定方法研究[J]. 现代制造工程, 2022, 499(4): 1-8.
[15]	朱锐，胡国栋. 抽油机用齿轮齿条接触强度及振动冲击改善方法研究[J]. 现代制造工程, 2022, 498(3): 70-76.