一種絲杠尺寸參數(shù)檢測方法與設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種絲杠尺寸參數(shù)檢測方法與設(shè)備，用平行光源照明，雙遠心鏡頭，面陣CCD(或CMOS)數(shù)字相機采集絲杠滾道輪廓截面圖像；用圖像處理軟件提取輪廓亞像素邊緣；計算滾道截面幾何參數(shù)。本發(fā)明的檢測設(shè)備主要由測量臺床身及安裝在床身上的圖像采集部件組成，圖像采集部件由旋轉(zhuǎn)臺、安裝在旋轉(zhuǎn)臺上可做旋轉(zhuǎn)運動的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、雙遠心鏡頭、面陣CCD(或CMOS)數(shù)字灰度相機及圖像采集與處理軟件組成。檢測臺床身由床身、傳動絲杠、光柵尺位移傳感器及支撐V型鐵等組成。本發(fā)明采用平行光源，遠心鏡頭可以保證采集到的零件外形圖像，在一定范圍內(nèi)不隨距離發(fā)生畸變。測量速度快。得到較高精度的測量結(jié)果。
【專利說明】一種絲杠尺寸參數(shù)檢測方法與設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械零件檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及零件數(shù)字圖像獲取方法與設(shè)備，可用于，螺紋及其他零件尺寸檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天、重型機械、發(fā)電設(shè)備、船舶工業(yè)的發(fā)展，其零件結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，對工件尺寸測量的方法及精度要求越來越高。絲杠作為機械設(shè)備的精密傳動部件，在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，如何快速、準確測量絲杠空間幾何形狀的尺寸，是當(dāng)前檢測技術(shù)亟待解決的難題。
[0003]針對絲杠滾道型面幾何尺寸測量問題，目前采用的方法有接觸式及非接觸式兩種測量方式。
[0004]接觸式測量目前采用的方法，一種是采用鋼珠放置在滾珠絲杠滾道中，用工具顯微鏡從絲杠滾道切向觀察接觸點是否位于設(shè)計要求方向。這種方法檢測精度不高，并且不能得到絲杠滾道截面幾何參數(shù)。另一種接觸測量方法是，用輪廓儀沿絲杠軸向測量絲杠滾道截面幾何參數(shù)，然后通過幾何變換關(guān)系，計算出滾道法向截面幾何參數(shù)，這種測量方法在零件上升表面時會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，影響測量精度，并且輪廓儀測量尺寸范圍比較小，速度比較慢，設(shè)備價格較高。
[0005]非接觸測量目前檢測方法，一種是光學(xué)投影方法，將絲杠按螺旋升角旋轉(zhuǎn)擺放，通過光學(xué)投影儀，將滾道截面實際幾何形狀放大投影到屏幕上，與放大的設(shè)計幾何形狀進行比較，這種方法檢測精度較低。另一種是激光檢測，采用激光探頭沿滾道截面方向移動測量表面幾何尺寸，激光檢測抗干擾性能較差，并且在激光與零件表面夾角較小時，檢測誤差較大。目前還有光學(xué)成像技術(shù)檢測方法，這種方法是通過采集絲杠滾道截面數(shù)字圖像，經(jīng)過數(shù)字圖像處理，換算出幾何參數(shù)，這種方法檢測速度較高，成本較低，是今后檢測技術(shù)發(fā)展的方向之一。現(xiàn)有成像檢測方法采用線陣CCD，通過電機、絲杠帶動沿被檢測絲杠軸向運動掃描采集滾道輪廓圖像，再經(jīng)過圖像處理，計算出滾道輪廓幾何尺寸，具體方法見文獻“吳景春等，滾珠絲杠螺紋曲面參數(shù)非接觸測量系統(tǒng)設(shè)計與分析碩士論文2012”。該檢測方法中，滾道輪廓圖像采集采用掃描方式，會將運動誤差引入到圖像中，在圖像處理中采用整像素值進行擬合圓弧，這樣得到的圓心坐標及半徑尺寸精度難以達到檢測要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述已有檢測方法存在的不足，提出一種用圖像檢測絲杠幾何尺寸的方法及裝置，以提高檢測精度，降低檢測設(shè)備成本。
[0007]本發(fā)明的檢測方法:
[0008]I，用平行光源照明，雙遠心鏡頭，面陣CXD (或CMOS)數(shù)字相機采集絲杠滾道輪廓截面圖像；
[0009]2，用圖像處理軟件提取輪廓亞像素邊緣；
[0010]3，計算滾道截面幾何參數(shù)。
[0011]本發(fā)明的檢測設(shè)備:
[0012]技術(shù)方案:裝置主要由測量臺床身及安裝在床身上的圖像采集部件組成，圖像采集部件由旋轉(zhuǎn)臺、安裝在旋轉(zhuǎn)臺上可做旋轉(zhuǎn)運動的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、雙遠心鏡頭、面陣CXD(或CMOS)數(shù)字灰度相機及圖像采集與處理軟件組成。檢測臺床身由床身、傳動絲杠、光柵尺位移傳感器及支撐V型鐵等組成。
[0013]圖像采集部件中，平行照明光源與遠心鏡頭同軸安裝在托架上。托架安裝在旋轉(zhuǎn)臺上，要求鏡頭軸線物距位置與旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心重合。
[0014]圖像采集部件安裝在檢測臺床身滑動導(dǎo)軌上，可由床身絲杠驅(qū)動沿導(dǎo)軌做水平運動，光柵尺位移傳感器中光柵安裝在床身上與導(dǎo)軌平行，光柵讀數(shù)頭安裝在圖像采集部件上，用來確定其位移量，被測絲杠安裝在測量臺支撐V型支架上，被測絲杠與床身導(dǎo)軌平行。
[0015]圖像采集及幾何尺寸檢測過程:
[0016]檢測絲杠滾道截面幾何參數(shù)時，先將絲杠放置在V型支架上，調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺，使鏡頭軸線與待測絲杠軸線夾角Y為
[0017]Y = 90° _β
[0018]β為絲杠螺旋升角。
[0019]通過床身絲杠調(diào)整鏡頭軸線位置，使鏡頭軸線位于絲杠滾道截面中心附近。
[0020]設(shè)置照明光亮度、相機增益及快門時間，用相機采集滾道輪廓灰度圖像。
[0021]用圖像處理軟件對采集到的絲杠輪廓圖像進行處理、運算，得到相應(yīng)的幾何參數(shù)。
[0022]測量時，可以根據(jù)被測絲杠直徑，更換遠心鏡頭及相應(yīng)的平行照明光源，這樣就可以測量絲杠直徑在Φ10?Φ100的全部絲杠。
[0023]本發(fā)明檢測方法結(jié)構(gòu)簡單，裝置成本低，操作簡單，誤差在0.0Olmm內(nèi)，同時可以單獨將圖像采集部件安裝在絲杠加工設(shè)備的導(dǎo)軌上，實現(xiàn)在線測量。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]本發(fā)明將會對零部件幾何尺寸測量帶來便利。
[0026]本發(fā)明的主要優(yōu)點:
[0027]采用平行光源，遠心鏡頭可以保證采集到的零件外形圖像，在一定范圍內(nèi)不隨距離發(fā)生畸變。測量速度快。
[0028]圖像處理中采用亞像素計算，得到較高精度的測量結(jié)果。
[0029]可以安裝在加工設(shè)備上在線測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]通過參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0031 ] 圖1絲杠滾道截面幾何參數(shù)示意圖
[0032]圖2絲杠滾道截面圖像
[0033]圖3本發(fā)明方法檢測設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖
[0034]圖4本發(fā)明圖像采集部件結(jié)構(gòu)示意圖
[0035]圖中:1，平行LED照明光源，2，托板，3，檢測臺床身，4，光柵尺位移傳感器，5，被測絲杠，6，檢測臺驅(qū)動絲杠，7，雙遠心鏡頭，8，旋轉(zhuǎn)臺，9，V型支撐鐵，10，CXD數(shù)字相機，11，光源，鏡頭支架。

【具體實施方式】
[0036]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0037]在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。
[0038]實施例1
[0039]絲杠滾道截面幾何尺寸測量，安裝絲杠在V型支撐鐵上，按絲杠螺旋升角轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺，使光源與鏡頭軸線與絲杠螺紋滾道型面的法線平行(圖3)，并將待測滾道截面置于鏡頭中心位置，設(shè)定相機增益與快門時間，采集圖像，得到絲杠滾道法向截面灰度數(shù)字圖像(圖 2)。
[0040]絲杠滾道幾何尺寸計算，提取圖像中絲杠滾道輪廓邊緣，找到圓弧段邊緣，計算左右兩邊兩個圓弧整像素圓心，用得到的兩個圓心，分別計算兩端圓弧段亞像素邊緣，再根據(jù)亞像素邊緣修正兩個圓心，得到左右兩邊圓弧的亞像素級圓心。通過幾何計算，得到絲杠滾道截面幾何尺寸參數(shù)(圖1)。
[0041]實施例2
[0042]絲杠全長螺距測量，首先按滾道截面幾何參數(shù)檢測方法調(diào)整圖像采集部件并采集圖像，之后用檢測臺上的絲杠驅(qū)動圖像采集部件沿導(dǎo)軌移動，用光柵尺位移傳感器記錄鏡頭位移尺寸，將鏡頭中心移到下一組滾道截面中心位置，采集圖像。通過兩次采集到的圖像，分別計算兩個滾道截面幾何參數(shù)，再用光柵尺位移傳感器得到的位移尺寸，計算絲杠全長各部分螺距。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種絲杠尺寸參數(shù)檢測設(shè)備，其特征在于: 所述設(shè)備包括檢測臺床身及安裝在床身上的圖像采集部件，所述圖像采集部件由旋轉(zhuǎn)臺、安裝在旋轉(zhuǎn)臺上可做旋轉(zhuǎn)運動的托架、固定在托架上的平行LED照明光源、雙遠心鏡頭、面陣CXD(或CMOS)數(shù)字灰度相機組成；所述檢測臺床身包括床身、傳動絲杠、光柵尺位移傳感器及支撐V型鐵； 圖像采集部件中，平行照明光源與遠心鏡頭同軸安裝在托架上；托架安裝在旋轉(zhuǎn)臺上，要求鏡頭軸線物距位置與旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心重合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種絲杠尺寸參數(shù)檢測設(shè)備，其特征在于: 圖像采集部件安裝在檢測臺床身滑動導(dǎo)軌上，可由床身絲杠驅(qū)動沿導(dǎo)軌做水平運動，光柵尺位移傳感器中光柵安裝在床身上與導(dǎo)軌平行，光柵讀數(shù)頭安裝在圖像采集部件上，用來確定其位移量，被測絲杠安裝在測量臺支撐V型支架上，被測絲杠與床身導(dǎo)軌平行。
3.一種使用權(quán)利要求1-2任一項所述的設(shè)備的絲杠尺寸參數(shù)檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)用平行光源照明，雙遠心鏡頭，面陣CCD(或CMOS)數(shù)字相機采集絲杠滾道輪廓截面圖像； (2)用圖像處理軟件提取輪廓亞像素邊緣； (3)計算滾道截面幾何參數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于: 所述圖像采集及幾何參數(shù)的檢測過程如下: 檢測絲杠滾道截面幾何參數(shù)時，先將絲杠放置在V型支架上，調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺，使鏡頭軸線與待測絲杠軸線夾角Y為Y = 90。_ββ為絲杠螺旋升角； 通過床身絲杠調(diào)整鏡頭軸線位置，使鏡頭軸線位于絲杠滾道截面中心附近； 設(shè)置照明光亮度、相機增益及快門時間，用相機采集滾道輪廓灰度圖像； 用圖像處理軟件對采集到的絲杠輪廓圖像進行處理、運算，得到相應(yīng)的幾何參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于: 測量時，可以根據(jù)被測絲杠直徑，更換遠心鏡頭及相應(yīng)的平行照明光源。
【文檔編號】G01B11/00GK104132612SQ201410310800
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】牛海軍, 雷杰, 王安康 申請人:西安電子科技大學(xué)