郁 煒,何邦友
(1.衢州學(xué)院,浙江 衢州324000;2.衢州億龍信息技術(shù)有限公司,浙江 衢州324000)
精密測量是工程科學(xué)的基礎(chǔ),是現(xiàn)代制造技術(shù)的關(guān)鍵,而精密球體的輪廓測量歷來是精密測量的重要內(nèi)容,其中精密球體幾何尺寸測量對精度要求越來越高,傳統(tǒng)的測量方式逐漸不適應(yīng)需求。
圖1 結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)原理示意圖
文章采用結(jié)構(gòu)光照明,利用三維相位空間解調(diào)方法,針對精密球體輪廓提取其特征信息,對測量過程中連續(xù)特征信息融合,并基于測量數(shù)據(jù)重構(gòu)三維輪廓,獲取其輪廓數(shù)字信息,包含三維輪廓識別、圖像插值及濾波,投影成像標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)問題,其成像系統(tǒng)原理如圖1所示。本文研究內(nèi)容旨在提高精密球體幾何尺寸測量的精度指標(biāo)及檢測效率。
(1)精密球體輪廓的有效識別。文章中結(jié)構(gòu)光照明的光學(xué)三維相位測量技術(shù)建立數(shù)字條紋投影測量系統(tǒng)采用相交光軸的系統(tǒng)設(shè)置,在一定的光強下,分別取被測精密球體點光強信息,求得表面相位差分布,根據(jù)相位一一映射球體信息,進而獲得空間三維坐標(biāo),其中從提取的球體信息到獲得絕對相位差分布首先必須經(jīng)過時域相位解包裹算法;然后在劃定好的測量區(qū)中對數(shù)據(jù)進行識別,識別過程中設(shè)置了閾值,可將有效測量區(qū)域從背景、陰影等“壞”區(qū)域中辨識出來,獲得精密球體幾何尺寸所需的有效數(shù)據(jù)。
(2)圖像插值及濾波處理。光學(xué)三維測量系統(tǒng)(如圖2所示)得到的數(shù)據(jù),需要使用圖像插值技術(shù)恢復(fù)出缺失的像素。圖像插值技術(shù)是圖像處理領(lǐng)域中的常用技術(shù)。大致可以分為三類:傳統(tǒng)方法、基于邊緣的方法、基于區(qū)域的方法。文章中采用基于區(qū)域的插值方法,此方法原理科學(xué),插值效果好。三維數(shù)據(jù)映射為圖像后,會引入圖像噪聲,因此,需要進行濾波處理。中值濾波,是先把濾波模板中所有像素的灰度進行排序,之后取中間值代替待處理點像素的灰度。中值濾波屬于非線性處理范疇,適合文章要求。
圖2 光學(xué)三維測量系統(tǒng)示意圖
(3)光柵投影成像球體的標(biāo)定。由條紋投影圖像所獲得球體相位差數(shù)據(jù),無論其多么精確,它都還需要進一步轉(zhuǎn)換成空間三維數(shù)據(jù)才能成為有用的數(shù)據(jù),所以需要進行標(biāo)定,只有標(biāo)定后的數(shù)據(jù)才具有實用性的可能,因此標(biāo)定的可操作性、穩(wěn)定性和精度直接影響了測量系統(tǒng)的性能,文章中采用相交光軸系統(tǒng),所以在標(biāo)定之前需進行畸變?nèi)コ?,然后在改善傳統(tǒng)標(biāo)定方法缺點的基礎(chǔ)上建立優(yōu)化的標(biāo)定技術(shù)。
目前,國內(nèi)大多數(shù)精密軸承球體加工企業(yè)由于加工技術(shù)與裝備落后,精密球體的精度和一致性在生產(chǎn)中不可控,所以在實際生產(chǎn)加工中往往需要依靠“挑選”獲取滿足要求的精密球體。高精度軸承、導(dǎo)軌等高端設(shè)備的軸承球均依賴進口,所以開發(fā)精密球體幾何尺寸的檢測技術(shù)融入加工過程,指導(dǎo)生產(chǎn),在超精密研究領(lǐng)域具有重要現(xiàn)實意義。
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