CN104132612B - 一种丝杠尺寸参数检测方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丝杠尺寸参数检测方法与设备，用平行光源照明，双远心镜头，面阵CCD数字相机采集丝杠滚道轮廓截面图像；用图像处理软件提取轮廓亚像素边缘；计算滚道截面几何参数。本发明的检测设备主要由测量台床身及安装在床身上的图像采集部件组成，图像采集部件由旋转台、安装在旋转台上可做旋转运动的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、双远心镜头、面阵CCD数字灰度相机及图像采集与处理软件组成。检测台床身由床身、传动丝杠、光栅尺位移传感器及支撑V型铁等组成。本发明采用平行光源，远心镜头可以保证采集到的零件外形图像，在一定范围内不随距离发生畸变。测量速度快。得到较高精度的测量结果。

Description

一种丝杠尺寸参数检测方法与设备

技术领域

本发明属于机械零件检测技术领域，涉及零件数字图像获取方法与设备，可用于，螺纹及其他零件尺寸检测。

背景技术

随着航空航天、重型机械、发电设备、船舶工业的发展，其零件结构愈加复杂，对工件尺寸测量的方法及精度要求越来越高。丝杠作为机械设备的精密传动部件，在当前工业生产中起着重要作用，如何快速、准确测量丝杠空间几何形状的尺寸，是当前检测技术亟待解决的难题。

针对丝杠滚道型面几何尺寸测量问题，目前采用的方法有接触式及非接触式两种测量方式。

接触式测量目前采用的方法，一种是采用钢珠放置在滚珠丝杠滚道中，用工具显微镜从丝杠滚道切向观察接触点是否位于设计要求方向。这种方法检测精度不高，并且不能得到丝杠滚道截面几何参数。另一种接触测量方法是，用轮廓仪沿丝杠轴向测量丝杠滚道截面几何参数，然后通过几何变换关系，计算出滚道法向截面几何参数，这种测量方法在零件上升表面时会出现抖动现象，影响测量精度，并且轮廓仪测量尺寸范围比较小，速度比较慢，设备价格较高。

非接触测量目前检测方法，一种是光学投影方法，将丝杠按螺旋升角旋转摆放，通过光学投影仪，将滚道截面实际几何形状放大投影到屏幕上，与放大的设计几何形状进行比较，这种方法检测精度较低。另一种是激光检测，采用激光探头沿滚道截面方向移动测量表面几何尺寸，激光检测抗干扰性能较差，并且在激光与零件表面夹角较小时，检测误差较大。目前还有光学成像技术检测方法，这种方法是通过采集丝杠滚道截面数字图像，经过数字图像处理，换算出几何参数，这种方法检测速度较高，成本较低，是今后检测技术发展的方向之一。现有成像检测方法采用线阵CCD，通过电机、丝杠带动沿被检测丝杠轴向运动扫描采集滚道轮廓图像，再经过图像处理，计算出滚道轮廓几何尺寸，具体方法见文献“吴景春等，滚珠丝杠螺纹曲面参数非接触测量系统设计与分析硕士论文2012”。该检测方法中，滚道轮廓图像采集采用扫描方式，会将运动误差引入到图像中，在图像处理中采用整像素值进行拟合圆弧，这样得到的圆心坐标及半径尺寸精度难以达到检测要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有检测方法存在的不足，提出一种用图像检测丝杠几何尺寸的方法及装置，以提高检测精度，降低检测设备成本。

本发明的检测方法：

1，用平行光源照明，双远心镜头，面阵CCD数字相机采集丝杠滚道轮廓截面图像；

2，用图像处理软件提取轮廓亚像素边缘；

3，计算滚道截面几何参数。

本发明的检测设备：

技术方案：装置主要由测量台床身及安装在床身上的图像采集部件组成，图像采集部件由旋转台、安装在旋转台上可做旋转运动的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、双远心镜头、面阵CCD数字灰度相机及图像采集与处理软件组成。检测台床身由床身、传动丝杠、光栅尺位移传感器及支撑V型铁等组成。

图像采集部件中，平行照明光源与远心镜头同轴安装在托架上。托架安装在旋转台上，要求镜头轴线物距位置与旋转台旋转中心重合。

图像采集部件安装在检测台床身滑动导轨上，可由床身丝杠驱动沿导轨做水平运动，光栅尺位移传感器中光栅安装在床身上与导轨平行，光栅读数头安装在图像采集部件上，用来确定其位移量，被测丝杠安装在测量台支撑V型支架上，被测丝杠与床身导轨平行。

图像采集及几何尺寸检测过程：

检测丝杠滚道截面几何参数时，先将丝杠放置在V型支架上，调整旋转台，使镜头轴线与待测丝杠轴线夹角γ为

γ＝90°-β

β为丝杠螺旋升角。

通过床身丝杠调整镜头轴线位置，使镜头轴线位于丝杠滚道截面中心附近。

设置照明光亮度、相机增益及快门时间，用相机采集滚道轮廓灰度图像。

用图像处理软件对采集到的丝杠轮廓图像进行处理、运算，得到相应的几何参数。

测量时，可以根据被测丝杠直径，更换远心镜头及相应的平行照明光源，这样就可以测量丝杠直径在Ф10～Ф100的全部丝杠。

本发明检测方法结构简单，装置成本低，操作简单，误差在0.001mm内，同时可以单独将图像采集部件安装在丝杠加工设备的导轨上，实现在线测量。

本发明的有益效果：

本发明将会对零部件几何尺寸测量带来便利。

本发明的主要优点：

采用平行光源，远心镜头可以保证采集到的零件外形图像，在一定范围内不随距离发生畸变。测量速度快。

图像处理中采用亚像素计算，得到较高精度的测量结果。

可以安装在加工设备上在线测量。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1丝杠滚道截面几何参数示意图

图2丝杠滚道截面图像

图3本发明方法检测设备总体结构示意图

图4本发明图像采集部件结构示意图

图中：1，平行LED照明光源，2，托板，3，检测台床身，4，光栅尺位移传感器，5，被测丝杠，6，检测台驱动丝杠，7，双远心镜头，8，旋转台，9，V型支撑铁，10，面阵CCD数字相机，11，光源，镜头支架。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

实施例1

丝杠滚道截面几何尺寸测量，安装丝杠在V型支撑铁上，按丝杠螺旋升角转动旋转台，使光源与镜头轴线与丝杠螺纹滚道型面的法线平行(图3)，并将待测滚道截面置于镜头中心位置，设定相机增益与快门时间，采集图像，得到丝杠滚道法向截面灰度数字图像(图2)。

丝杠滚道几何尺寸计算，提取图像中丝杠滚道轮廓边缘，找到圆弧段边缘，计算左右两边两个圆弧整像素圆心，用得到的两个圆心，分别计算两端圆弧段亚像素边缘，再根据亚像素边缘修正两个圆心，得到左右两边圆弧的亚像素级圆心。通过几何计算，得到丝杠滚道截面几何尺寸参数(图1)。

实施例2

丝杠全长螺距测量，首先按滚道截面几何参数检测方法调整图像采集部件并采集图像，之后用检测台上的丝杠驱动图像采集部件沿导轨移动，用光栅尺位移传感器记录镜头位移尺寸，将镜头中心移到下一组滚道截面中心位置，采集图像。通过两次采集到的图像，分别计算两个滚道截面几何参数，再用光栅尺位移传感器得到的位移尺寸，计算丝杠全长各部分螺距。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种丝杠尺寸参数检测设备，其特征在于：

所述设备包括检测台床身及安装在床身上的图像采集部件，所述图像采集部件由旋转台、安装在旋转台上可做旋转运动的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、双远心镜头、面阵CCD数字灰度相机组成；所述检测台床身包括床身、传动丝杠、光栅尺位移传感器及支撑V型铁；

图像采集部件中，平行照明光源与远心镜头同轴安装在托架上；托架安装在旋转台上，要求镜头轴线物距位置与旋转台旋转中心重合；

图像采集部件安装在检测台床身滑动导轨上，可由床身丝杠驱动沿导轨做水平运动，光栅尺位移传感器中光栅安装在床身上与导轨平行，光栅读数头安装在图像采集部件上，用来确定其位移量，被测丝杠安装在测量台支撑V型支架上，被测丝杠与床身导轨平行。

2.一种使用权利要求1项所述的设备的丝杠尺寸参数检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)用平行光源照明，双远心镜头，面阵CCD数字相机采集丝杠滚道轮廓截面图像；

(2)用图像处理软件提取轮廓亚像素边缘；

(3)计算滚道截面几何参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述图像采集及几何参数的检测过程如下：

检测丝杠滚道截面几何参数时，先将丝杠放置在V型支架上，调整旋转台，使镜头轴线与待测丝杠轴线夹角γ为

γ＝90°-β

β为丝杠螺旋升角；

通过床身丝杠调整镜头轴线位置，使镜头轴线位于丝杠滚道截面中心附近；

设置照明光亮度、相机增益及快门时间，用相机采集滚道轮廓灰度图像；

用图像处理软件对采集到的丝杠轮廓图像进行处理、运算，得到相应的几何参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

测量时，可以根据被测丝杠直径，更换远心镜头及相应的平行照明光源。