張?jiān)? 武治富

【摘 要】本文介紹了一種基于圖像處理的環(huán)形槽累積誤差的檢測(cè)方法，該方法能夠在一次裝卡的情況下實(shí)現(xiàn)累積誤差的全自動(dòng)測(cè)量。具有快速、安全、檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。綜合利用影像識(shí)別及圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工件環(huán)形槽累積誤差的自動(dòng)檢測(cè)，提高了檢測(cè)自動(dòng)化程度，提升數(shù)字化檢測(cè)水平，同時(shí)消除了手動(dòng)測(cè)量過程中人為因素引入的測(cè)量誤差，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高了檢測(cè)能力和檢測(cè)效率，能夠準(zhǔn)確客觀地對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】圖像處理;累積誤差;自動(dòng)化

我公司某產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)為細(xì)長桿狀，中間部位有50余個(gè)環(huán)形槽，該環(huán)形槽位置尺寸為關(guān)鍵尺寸，需要與其他部件進(jìn)行裝配后使用，所以對(duì)其外型尺寸的加工精度要求較高，評(píng)判該技術(shù)指標(biāo)的一個(gè)要素即為環(huán)形槽累積誤差。而該項(xiàng)指標(biāo)的精確檢測(cè)也是一個(gè)難點(diǎn)，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量并對(duì)其加工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要建立可靠的檢測(cè)方法并不斷對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化改善，從而為加工工藝人員提供準(zhǔn)確可靠的參考依據(jù)。

針對(duì)該技術(shù)指標(biāo)建立的利用測(cè)高儀直接接觸式測(cè)量法可以準(zhǔn)確地對(duì)環(huán)形槽的累積誤差進(jìn)行測(cè)量，但該方法需要檢測(cè)人員手動(dòng)進(jìn)行操作，檢測(cè)效率低下，人為因素引入的測(cè)量誤差不可控制，為了提高檢測(cè)效率，避免人為誤差對(duì)測(cè)量的干擾，所以利用崗位現(xiàn)有全自動(dòng)影像儀通過編制自動(dòng)檢測(cè)程序建立了基于圖像處理的環(huán)形槽累積誤差的測(cè)量方法。

原有檢測(cè)方法：該方法為接觸式測(cè)量，使用測(cè)高儀對(duì)產(chǎn)品環(huán)形槽部分從下至上逐層進(jìn)行采點(diǎn)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)同步錄入計(jì)算機(jī)，通過Excel編輯累積誤差計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了累積誤差的測(cè)量計(jì)算。同時(shí)繪制環(huán)形槽各層理論值與實(shí)測(cè)值的偏差趨勢(shì)圖，可以很直觀地為加工工藝提供參考依據(jù)，見圖1。

1.檢測(cè)設(shè)備介紹

本方法使用的檢測(cè)設(shè)備為崗位PKM600型全自動(dòng)影像測(cè)量儀，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為（表1）：

2.檢測(cè)方法建立

2.1方法概述

根據(jù)透射成像原理，將工件準(zhǔn)確裝卡定位后，調(diào)整影像至最清晰狀態(tài)，通過編制測(cè)量程序手動(dòng)建立工件坐標(biāo)系，然后在CNC模式下自動(dòng)采集工件環(huán)形槽部位特征元素，通過迭代步進(jìn)算法將所有環(huán)形槽的特征元素采集完畢，再利用軟件計(jì)算功能對(duì)各特征元素進(jìn)行定義和評(píng)價(jià)，最終計(jì)算出環(huán)形槽累積誤差（或距離公差）。

2.2不同檢測(cè)方案研究

（1）通過計(jì)算單條線與基準(zhǔn)零點(diǎn)的距離計(jì)算環(huán)形槽累積誤差

通過全自動(dòng)影像儀逐個(gè)采集環(huán)形槽錐面投影的直線元素，預(yù)設(shè)第一個(gè)環(huán)形槽直線為X向基準(zhǔn)零點(diǎn)，則通過計(jì)算可得出每條直線與基準(zhǔn)零點(diǎn)的X向距離，所有距離測(cè)量值中與對(duì)應(yīng)的理論距離的差值的最大值即為該環(huán)形槽的累積誤差（或距離公差）。

（2）通過計(jì)算線與線的交點(diǎn)與基準(zhǔn)零點(diǎn)的距離計(jì)算環(huán)形槽累積誤差

通過全自動(dòng)影像儀逐個(gè)采集環(huán)形槽錐面投影的兩條直線元素，構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)，預(yù)設(shè)第一個(gè)環(huán)形槽直線交點(diǎn)為X向基準(zhǔn)零點(diǎn)，則通過計(jì)算可得出每個(gè)交點(diǎn)與基準(zhǔn)零點(diǎn)的X向距離，所有距離測(cè)量值中與對(duì)應(yīng)的理論距離的差值的最大值即為該環(huán)形槽的累積誤差（或距離公差）。

（3）通過采集元素構(gòu)造出投影上兩個(gè)交點(diǎn)的連線，計(jì)算交點(diǎn)連線與基準(zhǔn)零點(diǎn)之間的距離計(jì)算環(huán)形槽累積誤差

通過全自動(dòng)影像儀逐個(gè)采集環(huán)形槽錐面投影的兩條直線元素，構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)，同時(shí)在對(duì)稱方向上構(gòu)造出另一個(gè)交點(diǎn)，構(gòu)造出的2個(gè)交點(diǎn)可以連接成一條直線，預(yù)設(shè)第一個(gè)環(huán)形槽構(gòu)造出的直線為X向基準(zhǔn)零點(diǎn)，則通過計(jì)算可得出構(gòu)造直線與基準(zhǔn)零點(diǎn)的X向距離，?所有距離測(cè)量值中與對(duì)應(yīng)的理論距離的差值的最大值即為該環(huán)形槽的累積誤差（或距離公差）。

2.3累積誤差計(jì)算

通過對(duì)投影圖像邊界元素進(jìn)行采集，計(jì)算出各環(huán)形槽相對(duì)距離，通過編制計(jì)算公式與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較計(jì)算，找出上下偏差的最大偏差值。分為兩種情況：

（1）最大偏差為正偏差，最小偏差為負(fù)偏差，則該環(huán)形槽累積誤差為此2個(gè)偏差值的絕對(duì)值之和;

（2）若最大偏差與最小偏差同為正或同為負(fù)，則該環(huán)形槽累積誤差為此2個(gè)偏差中絕對(duì)值較大的那個(gè)值。

3.檢測(cè)方法驗(yàn)證

3.1檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

采用接觸法與影像法開展累積誤差檢測(cè)試驗(yàn)，根據(jù)不同檢測(cè)方案，對(duì)同一檢測(cè)樣品的累積誤差進(jìn)行了多次測(cè)量，再對(duì)不同檢測(cè)方法累積誤差測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析。獲得檢測(cè)結(jié)果如下表所示（表2）：

3.2結(jié)果分析

使用生產(chǎn)過程中同一檢測(cè)樣品，保證了前提條件的一致性。

由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，采用接觸法測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差至較大，主要是人為因素引入的誤差不可避免，一定程度上影響了測(cè)量結(jié)果的一致程度。

采用非接觸式測(cè)量法檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果能夠與接觸式測(cè)量法結(jié)果保持一致，但三種方法的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差有顯著差異，說明測(cè)量過程中對(duì)元素的采集有一定的要求，最終我們確認(rèn)使用方法三可以有效減少工件自身和設(shè)備影像處理過程中引入的干擾因素，獲得較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

4.結(jié)論

通過圖像處理的方法可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形槽累積誤差的準(zhǔn)確測(cè)量。通過與接觸式測(cè)量方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩種方法檢測(cè)結(jié)果一致，且基于圖像處理的環(huán)形槽累積誤差檢測(cè)方法能夠快速自動(dòng)完成測(cè)量，節(jié)約了人力成本，極大的提高了該產(chǎn)品的檢測(cè)效率，為后續(xù)科研轉(zhuǎn)生產(chǎn)提供了高效的檢測(cè)手段。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 岳文輝，圖像識(shí)別技術(shù)及其在機(jī)械零件無損檢測(cè)中的應(yīng)用，中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，，第17卷，2007年。