测量锥螺纹中径图像_三针法_

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1、2006年第40卷№1273测量锥螺纹中径的图像“三针法”张广玉　简继红　陈志刚　王蔡健哈尔滨工业大学摘　要:将传统的螺纹三针测量原理与图像测量技术相结合,设计开发了一种基于CCD图像的锥螺纹中径参数三维自动测量系统,并对图像三针测量法进行了误差分析。关键词:锥螺纹,　中径,　测量,　三针法,CCD图像Image2basedThreeBallMethodforMeasuringPitchDiameterofTaperThreadZhangGuangyuJianJihongChenZhigangetalAbstract:Bycombiningthetradi

2、tionalthreeballmeasuringprincipleforthreadwithimagemeasuringtechnology,akindof32DautomaticmeasuringsystembasedonCCDimageforpitchdiameterparametersoftaperthreadisdeveloped,anderrorsoftheimage2basedthreeballmethodareanalyzed.Keywords:taperthread,pitchdiameter,threeballmethod,measure

3、ment,CCDimage点,采用Pro/E设计软件,设计了图1所示的测量系1　引言统结构。螺纹制件在工农业生产和科学技术研究中应用非常广泛,螺纹参数的检测是机械及仪器制造中一项必不可少的基础性测量技术,特别是作为精密定位和测量元件的微动螺丝及丝杠的精密测量更占有重要地位。多年来,国内外已研究出多种成熟的螺纹测量方法,并在生产实践中得到了广泛应用。随着生产的发展,对螺纹测量的精度、效率和自动化也提出了越来越高的要求。为此,我们利用视觉图像检测、CCD光电转换、计算机数据处理等先进技术,研制了一种基于图像“三针法”的锥螺纹参数测量系统。本文对系统的测量原理、

4、系统结构和圆锥螺纹11电机　21上顶尖组件　31竖直运动组件41电机　51水平运动组件　61角度旋转组件中径测量方法进行了阐述和分析。71光路组件　81下顶尖组件　91底座图1　测量系统结构2　测量系统原理3基于图像“三针法”的锥螺纹中径测量本测量系统主要由照明系统、CCD成像系统、图锥螺纹中径的常用测量方法可归结为两大类:像及光栅数据采集卡、三轴运动控制卡、计算机以及光学瞄准法和接触测量法。光学瞄准测量主要采用相应的图像处理和交互式软件组成。系统的检测过工具显微镜等光学仪器,具体测量方法有影像法、轴程为:将被测锥螺纹置于可勒照明系统的有效照明范围内,CC

5、D摄像机通过显微光路摄取锥螺纹的图切法、光波干涉法等。接触测量法主要有三针法、双像,通过图像采集卡采集图像数据并输入计算机,结针法和单针法等。合通过光栅采集的二维数据,利用开发的锥螺纹图采用CCD视觉成像技术的新型锥螺纹测量系像处理与测量软件实现对锥螺纹牙型边缘的空间定统虽然已淘汰了传统的手动眼看测量方式,但其基位,采用亚像素细分技术提高系统测量精度,最后利本测量原理仍需基于传统的螺纹测量方法。考虑到用图像“三针法”原理得到锥螺纹的关键单项参数。“双针法”和“单针法”主要针对螺纹中径大于100mm根据上述测量原理,并考虑到被测螺纹锥度较的检测范围,不适合小

6、直径螺纹的测量;而光学瞄准小、长度多为300mm左右、锥体弯曲变形较大等特法对螺纹牙型线的依赖程度较大,增加了图像处理的难度。“三针法”对螺纹轮廓线的依赖程度较小,收稿日期:2005年3月虽然测量过程较复杂,但根据小直径螺纹的测量特74工具技术点和实际测量需求,尤其从减小误差的角度考虑,我αβ)cos(+122们最终确定采用“三针法”测量原理。=KG4αβsincos测量系统基于传统的三针测量原理,利用面阵22αβαβCCD采集螺纹牙型图像,由计算机进行牙型边缘检1cos(2+2)sin(2+90°-2)=KH测,并拟合出与牙型边缘相切的虚拟圆,用以代替传

7、4sinαcosβsin(90°-α)222统三针测量中的金属量针,从而测得螺纹中径。采αβαβcos(+)cos(-)用真实金属量针测量螺纹中径时,由于量针直径加=1P22224αβ2β工误差、最佳量针选取、量针磨损等因素的影响,测sin2cos2cos2量误差较大。而采用替代虚拟圆的图像“三针法”测=1Pcotα(1-tan2αtan2β)4222量从根本上消除了这些问题,从而可以提高测量精中径的精确计算公式为度。11α2α2βAA′=M-d(1+)+Pcot(1-tantan)311　牙型角等分中线垂直于螺纹轴线的锥螺α2222sin2纹中径测量式中

8、的M值不能直接测量,可以根据M1和在图2所示图像“三针法”基面(Ⅰ