精密軸承球幾何尺寸快速檢測技術研究

郁 煒，何邦友

（1.衢州學院，浙江 衢州324000；2.衢州億龍信息技術有限公司，浙江 衢州324000）

精密測量是工程科學的基礎，是現代制造技術的關鍵，而精密球體的輪廓測量歷來是精密測量的重要內容，其中精密球體幾何尺寸測量對精度要求越來越高，傳統的測量方式逐漸不適應需求。

圖1 結構光三維成像系統原理示意圖

1 研究內容

文章采用結構光照明，利用三維相位空間解調方法，針對精密球體輪廓提取其特征信息，對測量過程中連續特征信息融合，并基于測量數據重構三維輪廓，獲取其輪廓數字信息，包含三維輪廓識別、圖像插值及濾波，投影成像標定等關鍵技術問題，其成像系統原理如圖1所示。本文研究內容旨在提高精密球體幾何尺寸測量的精度指標及檢測效率。

（1）精密球體輪廓的有效識別。文章中結構光照明的光學三維相位測量技術建立數字條紋投影測量系統采用相交光軸的系統設置，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，根據相位一一映射球體信息，進而獲得空間三維坐標，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過時域相位解包裹算法；然后在劃定好的測量區中對數據進行識別，識別過程中設置了閾值，可將有效測量區域從背景、陰影等“壞”區域中辨識出來，獲得精密球體幾何尺寸所需的有效數據。

（2）圖像插值及濾波處理。光學三維測量系統（如圖2所示）得到的數據，需要使用圖像插值技術恢復出缺失的像素。圖像插值技術是圖像處理領域中的常用技術。大致可以分為三類:傳統方法、基于邊緣的方法、基于區域的方法。文章中采用基于區域的插值方法，此方法原理科學，插值效果好。三維數據映射為圖像后，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 光學三維測量系統示意圖

（3）光柵投影成像球體的標定。由條紋投影圖像所獲得球體相位差數據，無論其多么精確，它都還需要進一步轉換成空間三維數據才能成為有用的數據，所以需要進行標定，只有標定后的數據才具有實用性的可能，因此標定的可操作性、穩定性和精度直接影響了測量系統的性能，文章中采用相交光軸系統，所以在標定之前需進行畸變去除，然后在改善傳統標定方法缺點的基礎上建立優化的標定技術。

2 研究意義

目前，國內大多數精密軸承球體加工企業由于加工技術與裝備落后，精密球體的精度和一致性在生產中不可控，所以在實際生產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、導軌等高端設備的軸承球均依賴進口，所以開發精密球體幾何尺寸的檢測技術融入加工過程，指導生產，在超精密研究領域具有重要現實意義。

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