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龙图腾网获悉湘潭大学申请的专利一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115790435B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210410885.7，技术领域涉及：G01B11/24；该发明授权一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法是由王涛;任致国;谢胜兵;沈小程;贺喜;刘金刚;张越设计研发完成，并于2022-04-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法在说明书摘要公布了：一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。根据齿轮参数输入建立齿轮三维模型，从而进行线结构光位姿参数理论计算，通过理论位姿参数获取的齿廓，进而以二阶中心方法逐点求导，并进行阈值提取完整齿廓，得到齿廓数据倾斜比，以此为位姿量化指标对线结构光测头位姿进行精确调整，能有效避免阴影效应对齿轮进行线结构光测量的影响，实现稳定且可信的齿轮测量。通过位姿量化及其调整方法为精确的齿面提供了测量和调整的依据，节省传统方式的反复调整，提高测量效率且不同测量环境皆适用。

本发明授权一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法在权利要求书中公布了：1.一种线结构光测量齿轮的位姿量化及其调整方法，其特征在于：根据齿轮参数输入建立齿轮三维模型，从而进行线结构光位姿参数理论计算，通过理论位姿参数获取的齿廓，进而以二阶中心方法逐点求导，并进行阈值提取完整齿廓，得到齿廓数据倾斜比，以此为位姿量化指标对线结构光测头位姿进行精确调整，该方法具体步骤如下， W1：建立齿轮三维模型 按照右手定则建立齿轮坐标框架，以齿轮设计基准为回转中心，并确定齿轮径向的基圆，由于实际齿轮的不可避免存在制造误差或者主动式的进行拓扑修形，理论齿面中齿面法向误差很难存在，在齿轮模型上可理解为齿廓任意点的理论展成长度上叠加法向误差，对实际展开长度表征为 式中为任意p点在坐标框架上z轴参数值，为p点对应的展开角度，为压力角， 根据实际展开长度表征的齿面任意点的形状和位置，对应的螺旋渐开齿面通式表示为 式中，为齿面点在齿轮坐标框架中相对于轴对应的投影夹角，该角度由初始夹角叠加与，所对应角度的物理意义表示为 W2：线结构光位姿参数理论计算 齿轮线结构光测量是通过一系列齿廓单元测量来实现的，齿廓单元是指线结构光测头在单次测量中的轮廓，包含从齿根到齿顶完整的2D齿面信息，具体步骤： 1坐标框架的标定，以圆柱芯轴作为标定件，基于芯轴轴心在系统的唯一性提取中心基准点，实现坐标框架的位置、姿态和坐标转换矩阵的标定； 2轮齿旋转角的计算，为了实现有序测量，被测轮齿根据初始旋转角计算 式中，为齿轮模数，轮齿间隔系数； 3存在遮挡的判断，通常，齿根区域是线结构光下首先被遮挡的轮廓，所以测量齿根是判断齿廓完整的最基本条件，根据对应旋转角，可计算齿轮框架中结构光捕捉齿根的空间坐标为 而被测齿面相对的齿面可以根据左右齿面在齿根圆上夹角确定空间坐标，如左齿面的空间坐标为 若存在阴影效应，则相邻齿廓会出现空间坐标干涉现象，若旋转角继续增大，则左齿廓会对光平面部分遮挡，即齿根A处坐标，遮挡导致右齿廓无法采集完整的齿廓单元； 4线结构光测头参数的建立，在不同旋转角和结构光测头位姿偏置理论上有多种组合，结合遮挡判断条件，位姿参数通式为 式中，为线结构光的参考距离，为线结构光坐标框架下齿根至参考线的纵向距离，为线结构光坐标框架下齿根至光轴线的横向距离； W3：阈值提取完整齿廓 通常在齿轮线结构光测量下，单次能测量齿面多个“陡峭”的轮廓数据，包括少量随机噪声点，首先要按照齿廓评价单元从轮廓数据中截取精确的完整齿廓，由于单个齿面往往高达数百上千万的数据量，通过阈值删减非目标区域数据，可提高运算效率，其次，阈值预处理也可滤除噪声和干扰区间的影响，通过二阶中心方法逐点求导将线结构光测量的齿轮进行轮廓分段； 式中，和是用于计算第一个点和第二个点导数的值，为结构光光斑之间的物理常数距离参数，依照这个思路逐点求导 式中，是对第j+1次计算输出的微分数据点，n表示单次扫描的轮廓点数，实测线结构光最优位姿测量轮廓的微分阈值处理，设置计算有效齿廓的起始阈值和终止阈值，即可自适应计算识别出渐开线与齿顶圆交点，以及过渡曲线与齿根圆的交点位置，再根据识别位置提取完整齿廓； W4：齿廓数据倾斜比 齿廓数据的倾斜比是位姿参数下反映被测齿廓单元“陡峭”程度的重要指标，被测齿面通过初始调整角确定，为期望的结构光光轴与线性化齿面的夹角，取默认值，为了求解夹角，首先建立采样数据点集的最佳线性目标函数： 其中，K为线性函数的斜率，Y和X测头框架下截距和齿廓单元数据，通过目标函数和之间的均方差，建立齿廓数据拟合约束： 式中，n是实际齿廓单元点数，为捕获的轮廓数据，通过方位角公式求解得到夹角，即捕获齿廓单元与测头框架光轴的倾斜夹角： 注意，由于齿廓左右齿廓单元的倾斜存在正负斜率问题，需要将实际夹角转换成，进而可求解，量化的齿廓数据倾斜比： W5：线结构光测头位姿调整 对测头位姿偏置和齿轮旋转调整，从而实现对线结构光测量齿轮位姿的精确校调，以两个指标作为最优位姿的调整标准； 1倾斜比尽可能小，齿廓数据倾斜比小于50%，线结构光测头位姿偏置参数则为不合理； 2避免阴影效应，通过线结构光坐标框架下齿根至参考线的纵向距离和线结构光坐标框架下齿根至光轴线的横向距离，结合齿根遮挡条件确定是否存在阴影效应； 调整到符合这两项条件，即为线结构光测头位姿调整结束。

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