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

1 研究內(nèi)容

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)。

2 研究意義

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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