深圳市利拓光電有限公司　毛　虎

經(jīng)過科經(jīng)過科學(xué)研究和現(xiàn)場實踐，大型工具顯微鏡已然成為計量部門和車間檢查站中常用的多用途的計量儀器，螺紋相關(guān)的參數(shù)經(jīng)過大型顯微鏡的測量，數(shù)據(jù)是精確的。螺紋測量在實驗室中或者在工廠中，都數(shù)據(jù)非常復(fù)雜和繁瑣的工作。目前使用到的設(shè)備相對陳舊，但是設(shè)備的性能尚完好。隨著光機(jī)電技術(shù)的運用，計算機(jī)技術(shù)不斷將設(shè)備升級換代，使得新型設(shè)備在螺紋圖像采集中發(fā)揮出重要的作用。但是進(jìn)行光機(jī)電技術(shù)的改造，目前也存在投資較大的問題。

1.大型工具顯微鏡概述

運用大型工具顯微鏡這一多用途計量儀器，可以螺紋的角度、長度、形狀等的采集工作。利用光學(xué)定位器，能夠?qū)β菁y的槽以及內(nèi)孔進(jìn)行檢測，使用雙像目鏡對于兩孔間的中心距離進(jìn)行測量，并且測量出圓弧輪廓和尺寸。

大型工具顯微鏡上的構(gòu)件包括了讀數(shù)顯微鏡、目鏡、物鏡、剝離載物臺、橫向手輪、圓形工作臺手輪、縱向手輪等。工具顯微鏡的工作原理是對被測弓箭的外形和輪廓，利用光線進(jìn)行投射然后反射，成像卒中顯示在目鏡的米字線的劃分劃板上，測量方式需要將物鏡放大，進(jìn)行非基礎(chǔ)測量。在大型的工具顯微鏡上，通過轉(zhuǎn)動手輪，工作臺上的測量對象在互相垂直的方向上移動，擴(kuò)大儀器的測量范圍之后，在顯微鏡與工作臺之間放入量塊。量塊的縱向測量范圍增大到了150毫米，橫向增大到50毫米。圓工作臺在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的額角度通過工作臺的游標(biāo)可以讀出。顯微鏡上附帶了可以更換的目競購。經(jīng)過放大之后，總放大倍數(shù)達(dá)到了50倍。

2.螺紋圖像采集方法概述

對于圖像進(jìn)行采集的方法，在傳統(tǒng)的測量過程中，是采用手動操作的方式，通過大型工具顯微鏡的目鏡，對于被觀測的物件的影像進(jìn)行觀察。通過轉(zhuǎn)動工作臺的手輪，被測量的對象在手輪上讀出數(shù)據(jù)并加以記錄，然后進(jìn)行讀數(shù)的處理。目視的讀數(shù)經(jīng)過實驗可以驗證其誤差。經(jīng)過長時間的操作之后，會由于手工操作中視覺疲勞使得無法找到測量線，導(dǎo)致測量不能繼續(xù)。

現(xiàn)代的光機(jī)電一體化技術(shù)，在傳統(tǒng)的大型工具的顯微鏡的幫助下，使用圖像采集技術(shù)，將圖像采集過程中的圖像通過讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行采集，在終端顯示出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。通工業(yè)攝像頭，將讀數(shù)和目鏡顯微鏡的圖像的采集數(shù)據(jù)，傳送到視頻轉(zhuǎn)換器，然后在終端進(jìn)行顯示。采集到的圖像被作為中間轉(zhuǎn)換裝置，經(jīng)過電腦主機(jī)的視頻采集系統(tǒng)的處理，得到了直接的圖像進(jìn)行了顯示，觀察放大的圖像即可。

3.光機(jī)電技術(shù)的測量技術(shù)概述

采用光機(jī)電技術(shù)進(jìn)行螺紋的圖像采集，是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)的演進(jìn)。能夠保證加工的精度和工件的質(zhì)量。隨著工業(yè)自動化的水平不斷的提高，制造業(yè)中的計算機(jī)技術(shù)經(jīng)過應(yīng)用，在加工中心和數(shù)控機(jī)床的支持下，加工速度和精度不斷提高。改變了傳統(tǒng)的工件檢測的弊端。實現(xiàn)了在線、非接觸、高速和準(zhǔn)確的目標(biāo)。

光機(jī)電技術(shù)能夠替代人眼捕捉目標(biāo)，使用計算機(jī)軟件技術(shù)對圖像信心進(jìn)行處理，被關(guān)注的區(qū)域以及圖像特征清晰度非常高。被測量的目標(biāo)的特征可以進(jìn)行分割、測量和跟蹤是被。圖像實現(xiàn)了三維空間的展示。光機(jī)電技術(shù)的主要任務(wù)就是對于采集的圖像進(jìn)行處理和分析，模擬仿生物，進(jìn)行多學(xué)科的集城市，進(jìn)行便捷的操作。重要質(zhì)量控制和生產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域，針對不同的工件進(jìn)行檢測，投入的經(jīng)費主要用于視覺設(shè)備的檢測技術(shù)的提升上。

4.光機(jī)電技術(shù)進(jìn)行螺紋圖像采集的關(guān)鍵

進(jìn)行圖像的采集，運用光機(jī)電技術(shù)，將采集到的圖像以數(shù)字的信息形式，經(jīng)過加工和處理，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，轉(zhuǎn)化為能夠被人類讀取的信息，這是一種系統(tǒng)的高科技采集技術(shù)，具有精度高和可靠性強(qiáng)度的特點。

4.1光機(jī)電技術(shù)包含了傳感器、電子技術(shù)和自動控制技術(shù)，機(jī)器的視覺檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了運用。對螺紋的圖像建立在CCD和CMOS的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)數(shù)據(jù)傳送軟件，直接利用板載進(jìn)行圖像信息號的存儲。使用芯片進(jìn)行圖像的處理，利用DSP進(jìn)行控制，圖像采集模塊，是通過機(jī)器視覺圖像采集系統(tǒng)完成的。圖像采集質(zhì)量的好壞決定了測量的精度。將螺紋的圖像進(jìn)行處理，是通過圖像采集模塊完成。元時代呃圖像中包含了灰度、噪聲等，要利用系統(tǒng)進(jìn)行圖像的噪聲、灰度和興趣點的處理，經(jīng)過處理之后，得到了數(shù)據(jù)，提取，然后結(jié)合HALCON軟件計算參數(shù)，將螺紋的尺寸進(jìn)行測量并將尺寸轉(zhuǎn)化為最終的結(jié)果。

4.2系統(tǒng)的軟件應(yīng)用開發(fā)平臺是微軟公司研發(fā)的，螺紋測量系統(tǒng)就是在這個開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行測量的。C#語言面向的對象是新型的編輯語言，保留了VC強(qiáng)大的功能，具有VB簡單容易操作的特征，能夠進(jìn)行圖像設(shè)計和處理，平臺的應(yīng)用程序為平臺程序提供了語言環(huán)境。CDI+是圖形的設(shè)備接口，主要負(fù)責(zé)將繪圖程序與系統(tǒng)進(jìn)行信息的交換，處理所有的圖形輸出，使得圖像能夠被創(chuàng)建，文本能夠被復(fù)制，圖形圖像能夠被作為對象操作，可以再控件上進(jìn)行圖像的呈現(xiàn)。HALCON軟件，是圖像處理庫軟件，包含了數(shù)據(jù)管理構(gòu)成和獨立函數(shù)，擁有圖像分析能力，對多種圖像可以進(jìn)行處理。

4.3對螺紋的圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用黑白稿分辨率攝像機(jī)，通過投影照光源采集圖像，經(jīng)過初始軟件采集到8位灰度圖像，信息處理之后，圖像能夠提供所有的螺紋信息，圖像處理過程中減少了圖像處理的消耗時間，實時采集的模擬信號被經(jīng)過轉(zhuǎn)換，生成了數(shù)字圖像信號，計算機(jī)接收到數(shù)據(jù)之后，通過軟件進(jìn)行了后續(xù)的算法。

原始圖像采集

將采集到的螺紋圖像進(jìn)行噪聲的調(diào)試。圖像數(shù)據(jù)和信號傳輸在經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換的過程中，生成了很多的電子器件的磁場和脈沖，得到了類似PC機(jī)的干擾，對于信號和數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)性的測量，得到的就是噪聲。除了對于圖像進(jìn)行明顯的圖像質(zhì)量的噪聲獲取之后，進(jìn)一步進(jìn)行圖像的處理，顯現(xiàn)出經(jīng)過優(yōu)化的非平穩(wěn)性的噪聲。

經(jīng)典的數(shù)字圖像處理將噪聲歸類到相應(yīng)的概率密度函數(shù)，通過概率統(tǒng)計的算法，能夠描述噪聲。

高斯噪聲概率密度曲線

經(jīng)過后續(xù)的系統(tǒng)軟件的平臺的搭建，原始采集道德螺紋圖像經(jīng)過去噪處理之后，得到了噪聲的高頻部分，通過低濾波器得到了螺紋圖像的卷積處理結(jié)果。

噪聲影響下的螺紋圖像

4.4螺紋圖像的灰度級進(jìn)行修正，是圖像處理中的較為基礎(chǔ)的部分z.ai空間領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行圖像的處理，是將圖像攜帶的數(shù)據(jù)信息，表現(xiàn)在灰度的行駛中，對于彩色圖像中多余的信息和數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行更高的處理數(shù)據(jù)的處理。但是這種數(shù)據(jù)的處理，相對的時間消耗是非常大的，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)中的需求。彩色圖像的每種顏色分為256種級別。彩色圖像的像素點抱哈了1677216種變化。利用CCD相機(jī)可以將分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，但是這種海量的數(shù)據(jù)占用了系統(tǒng)的過多的資源，影響了后續(xù)的圖像測量和提取。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，彩色圖像不是最優(yōu)的選擇，灰度圖是對彩色圖像進(jìn)行特殊處理的技術(shù)，在像素內(nèi)的三原色進(jìn)行變化范圍的調(diào)試，圖像灰度化之后，測量的螺紋信息在很大程度上能夠反映出基本的數(shù)據(jù)信息。

目前進(jìn)行圖像灰度化的方式包含了提取像素法、內(nèi)存法和指針法三種。三種方式對比，提取像素法的代碼相對簡單，能哦故利用GDI+對難度進(jìn)行降低，但是運行的速度是最慢的。內(nèi)存法是對內(nèi)存中的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，速度比提取像素法要高，指針法是在圖像處理的過程中，進(jìn)行后續(xù)的圖像的處理，速度是最快的。

三種方法灰度化速度對比

4.5通過二值化，得到了能夠完整保證圖像輪廓邊緣的方法是迭代法的結(jié)論。螺紋的圖像平滑處理上，保持圖像邊緣效果是關(guān)鍵。圖像處理傳輸?shù)倪^程中會導(dǎo)致圖像的輪廓不清晰，細(xì)節(jié)發(fā)生模糊，無法進(jìn)行螺紋的特征提取和識別?？头€性濾波器的圖像細(xì)節(jié)模糊的問題，需要采用減輕圖像噪聲的方法，保證邊緣輪廓的清晰度。

不同二值法對比圖

4.6 CMOS圖像傳感器將光電轉(zhuǎn)換信號通過放大功能的像素進(jìn)行放大，選擇讀取電壓和電流信號，從細(xì)節(jié)上進(jìn)行螺紋構(gòu)造的獲取。具有很高的精度，成本也很低。

5.結(jié)語

隨著光機(jī)電技術(shù)的不斷演進(jìn)，圖像處理和機(jī)器視覺技術(shù)的結(jié)合使得圖像獲取的精度要求不斷的提高，對于螺紋進(jìn)行圖像采集，采用光機(jī)電技術(shù)，可以進(jìn)行很好的邊界定位，使得圖像識別度不斷的增高。在感光度方面，CCD傳感器的運用，也使得混色問題得到了很好的解決。通過性能對比，目前對于螺紋精密測量的，能夠抗擊噪聲干擾，獲得高質(zhì)量的采集圖像。

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