基于圖像處理的環(huán)形槽累積誤差檢測技術(shù)研究

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)累積誤差的全自動測量。具有快速、安全、檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。綜合利用影像識別及圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工件環(huán)形槽累積誤差的自動檢測，提高了檢測自動化程度，提升數(shù)字化檢測水平，同時消除了手動測量過程中人為因素引入的測量誤差，降低操作者的勞動強(qiáng)度，有效提高了檢測能力和檢測效率，能夠準(zhǔn)確客觀地對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評價。

【關(guān)鍵詞】圖像處理;累積誤差;自動化

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，所以對其外型尺寸的加工精度要求較高，評判該技術(shù)指標(biāo)的一個要素即為環(huán)形槽累積誤差。而該項(xiàng)指標(biāo)的精確檢測也是一個難點(diǎn)，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行測量并對其加工質(zhì)量進(jìn)行評價，需要建立可靠的檢測方法并不斷對檢測方法進(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)。

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

原有檢測方法：該方法為接觸式測量，使用測高儀對產(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)了累積誤差的測量計(jì)算。同時繪制環(huán)形槽各層理論值與實(shí)測值的偏差趨勢圖，可以很直觀地為加工工藝提供參考依據(jù)，見圖1。

1.檢測設(shè)備介紹

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

2.檢測方法建立

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)，通過編制測量程序手動建立工件坐標(biāo)系，然后在CNC模式下自動采集工件環(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)算功能對各特征元素進(jìn)行定義和評價，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

通過全自動影像儀逐個采集環(huán)形槽錐面投影的直線元素，預(yù)設(shè)第一個環(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，所有距離測量值中與對應(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

通過全自動影像儀逐個采集環(huán)形槽錐面投影的兩條直線元素，構(gòu)造出對應(yīng)的交點(diǎn)，預(yù)設(shè)第一個環(huán)形槽直線交點(diǎn)為X向基準(zhǔn)零點(diǎn)，則通過計(jì)算可得出每個交點(diǎn)與基準(zhǔn)零點(diǎn)的X向距離，所有距離測量值中與對應(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

通過全自動影像儀逐個采集環(huán)形槽錐面投影的兩條直線元素，構(gòu)造出對應(yīng)的交點(diǎn)，同時在對稱方向上構(gòu)造出另一個交點(diǎn)，構(gòu)造出的2個交點(diǎn)可以連接成一條直線，預(yù)設(shè)第一個環(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，?所有距離測量值中與對應(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

通過對投影圖像邊界元素進(jìn)行采集，計(jì)算出各環(huán)形槽相對距離，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個偏差值的絕對值之和;

（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個偏差中絕對值較大的那個值。

3.檢測方法驗(yàn)證

3.1檢測結(jié)果對比

采用接觸法與影像法開展累積誤差檢測試驗(yàn)，根據(jù)不同檢測方案，對同一檢測樣品的累積誤差進(jìn)行了多次測量，再對不同檢測方法累積誤差測量值進(jìn)行對比分析。獲得檢測結(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，采用接觸法測量時，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量結(jié)果的一致程度。

采用非接觸式測量法檢測時，檢測結(jié)果能夠與接觸式測量法結(jié)果保持一致，但三種方法的測量標(biāo)準(zhǔn)偏差有顯著差異，說明測量過程中對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)確測量。通過與接觸式測量方法的檢測結(jié)果進(jìn)行對比，兩種方法檢測結(jié)果一致，且基于圖像處理的環(huán)形槽累積誤差檢測方法能夠快速自動完成測量，節(jié)約了人力成本，極大的提高了該產(chǎn)品的檢測效率，為后續(xù)科研轉(zhuǎn)生產(chǎn)提供了高效的檢測手段。

【參考文獻(xiàn)】

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