基于图像处理的环形槽累积误差检测技术研究

　　张愿 武治富
　　【摘 要】本文介绍了一种基于图像处理的环形槽累积误差的检测方法，该方法能够在一次装卡的情况下实现累积误差的全自动测量。具有快速、安全、检测精度高等优点。综合利用影像识别及图像处理技术，实现了工件环形槽累积误差的自动检测，提高了检测自动化程度，提升数字化检测水平，同时消除了手动测量过程中人为因素引入的测量误差，降低操作者的劳动强度，有效提高了检测能力和检测效率，能够准确客观地对产品质量进行评价。
　　【关键词】图像处理;累积误差;自动化
　　我公司某产品的主体结构为细长杆状，中间部位有50余个环形槽，该环形槽位置尺寸为关键尺寸，需要与其他部件进行装配后使用，所以对其外型尺寸的加工精度要求较高，评判该技术指标的一个要素即为环形槽累积误差。而该项指标的精确检测也是一个难点，如何准确地进行测量并对其加工质量进行评价，需要建立可靠的检测方法并不断对检测方法进行优化改善，从而为加工工艺人员提供准确可靠的参考依据。
　　针对该技术指标建立的利用测高仪直接接触式测量法可以准确地对环形槽的累积误差进行测量，但该方法需要检测人員手动进行操作，检测效率低下，人为因素引入的测量误差不可控制，为了提高检测效率，避免人为误差对测量的干扰，所以利用岗位现有全自动影像仪通过编制自动检测程序建立了基于图像处理的环形槽累积误差的测量方法。
　　原有检测方法：该方法为接触式测量，使用测高仪对产品环形槽部分从下至上逐层进行采点，并将检测数据同步录入计算机，通过Excel编辑累积误差计算公式，实现了累积误差的测量计算。同时绘制环形槽各层理论值与实测值的偏差趋势图，可以很直观地为加工工艺提供参考依据，见图1。
　　1.检测设备介绍
　　本方法使用的检测设备为岗位PKM600型全自动影像测量仪，其各项技术参数为（表1）：
　　2.检测方法建立
　　2.1方法概述
　　根据透射成像原理，将工件准确装卡定位后，调整影像至最清晰状态，通过编制测量程序手动建立工件坐标系，然后在CNC模式下自动采集工件环形槽部位特征元素，通过迭代步进算法将所有环形槽的特征元素采集完毕，再利用软件计算功能对各特征元素进行定义和评价，最终计算出环形槽累积误差（或距离公差）。
　　2.2不同检测方案研究
　　（1）通过计算单条线与基准零点的距离计算环形槽累积误差
　　通过全自动影像仪逐个采集环形槽锥面投影的直线元素，预设第一个环形槽直线为X向基准零点，则通过计算可得出每条直线与基准零点的X向距离，所有距离测量值中与对应的理论距离的差值的最大值即为该环形槽的累积误差（或距离公差）。
　　（2）通过计算线与线的交点与基准零点的距离计算环形槽累积误差
　　通过全自动影像仪逐个采集环形槽锥面投影的两条直线元素，构造出对应的交点，预设第一个环形槽直线交点为X向基准零点，则通过计算可得出每个交点与基准零点的X向距离，所有距离测量值中与对应的理论距离的差值的最大值即为该环形槽的累积误差（或距离公差）。
　　（3）通过采集元素构造出投影上两个交点的连线，计算交点连线与基准零点之间的距离计算环形槽累积误差
　　通过全自动影像仪逐个采集环形槽锥面投影的两条直线元素，构造出对应的交点，同时在对称方向上构造出另一个交点，构造出的2个交点可以连接成一条直线，预设第一个环形槽构造出的直线为X向基准零点，则通过计算可得出构造直线与基准零点的X向距离， 所有距离测量值中与对应的理论距离的差值的最大值即为该环形槽的累积误差（或距离公差）。
　　2.3累积误差计算
　　通过对投影图像边界元素进行采集，计算出各环形槽相对距离，通过编制计算公式与理论数据进行比较计算，找出上下偏差的最大偏差值。分为两种情况：
　　（1）最大偏差为正偏差，最小偏差为负偏差，则该环形槽累积误差为此2个偏差值的绝对值之和;
　　（2）若最大偏差与最小偏差同为正或同为负，则该环形槽累积误差为此2个偏差中绝对值较大的那个值。
　　3.检测方法验证
　　3.1检测结果对比
　　采用接触法与影像法开展累积误差检测试验，根据不同检测方案，对同一检测样品的累积误差进行了多次测量，再对不同检测方法累积误差测量值进行对比分析。获得检测结果如下表所示（表2）：
　　3.2结果分析
　　使用生产过程中同一检测样品，保证了前提条件的一致性。
　　由上述实验数据可以看出，采用接触法测量时，标准偏差至较大，主要是人为因素引入的误差不可避免，一定程度上影响了测量结果的一致程度。
　　采用非接触式测量法检测时，检测结果能够与接触式测量法结果保持一致，但三种方法的测量标准偏差有显著差异，说明测量过程中对元素的采集有一定的要求，最终我们确认使用方法三可以有效减少工件自身和设备影像处理过程中引入的干扰因素，获得较为准确的测量结果。
　　4.结论
　　通过图像处理的方法可以实现环形槽累积误差的准确测量。通过与接触式测量方法的检测结果进行对比，两种方法检测结果一致，且基于图像处理的环形槽累积误差检测方法能够快速自动完成测量，节约了人力成本，极大的提高了该产品的检测效率，为后续科研转生产提供了高效的检测手段。
　　【参考文献】
　　[1] 岳文辉，图像识别技术及其在机械零件无损检测中的应用，中国安全科学学报，，第17卷，2007年。