基于数字图像处理技术的测量工件平行度的新方法

　　在工业生产中,对长圆管类工件轴线平行性检测是比较困难而且非常必要。目前,对该类工件的平行度测量还缺少理想的检测装置和检测方法。常用的方法例如自准直方法测量平行性、百分表法测量两轴线的平行性等。以上这些方法原理简单,对小口径、短身管长度的单工件有很好的精度。但是对于口径较大,身管较长,多管排列方式的工件的测量,这些方法都有其局限性。

　　本文提出一种采用激光准直光束来模拟被测工件的轴线,利用数字图象处理的方法来测量工件的平行度。利用计算机对数字图像处理,配合专门设计的光电测量装置对长工件、大口径多轴平行性进行较为全面的检测。

　　1 测量系统的工作原理

　　以测量两个钢管间的平行度为例:采用激光准直光束作为钢管的轴线的直线基准,设计一个幕靶,置于被测钢管口一定距离的位置,将由激光束照射在幕靶面上,然后用高精度CCD相机,拍摄相应的激光光斑的位置图;在保证同样测量精度的前提下,将幕靶板平行移动一段距离,重复以上的拍摄过程。这样我们根据每个光斑在CCD像面上占有的像素关系,就可以进行光斑位置的测量和分析。

　　如图1所示,设未移动靶板(1)前两光斑距离(3)为l1,移动靶板(2)后两光斑距离(4)为l2,靶板移动的距离(6)为L,l2-l1= lc, (5)。根据三角关系进行相应的计算,就可以求出两被测钢管轴线之间的角度误差,也就是平行度误差:

　　2 实验设备

　　激光光源采用AL650T10半导体激光器,经f=500mm、1000mm的平行光管准直后发射激光光束。光束射出后在小型幕靶板(贴有100cm长的标准尺)形成光斑,用数码相机拍下光斑图像以备后期处理。其它辅助仪器设备还有可调节孔径光阑、光学转台、磁力座、光学平台、长导轨、三角架、计算机等。

　　3 实验结果分析

　　1)如图2所示,为由半导体激光器直接照射黑色“幕靶板”而形成的光斑,亮度虽然很高,但是边缘有很强的衍射光芒,形状也不规则,并且在CCD相机上成像的光斑能量中心与其几何中心的偏移量很大。如图3所示,为将激光束进行准直扩束后的光斑,光斑的形状与半导体激光器的特性有关是呈长圆形的,并且光斑较大,但是光斑的亮度很高且比较均匀。

　　2)在距光学平台中心前方5m处放置小幕靶板,与光学平台工作面垂直,图4和图5分别为激光器通过不同直径的孔径光阑后的图像。可以看出在黑色的背景下,只能见到衍射光斑的中心亮斑,形状也比较圆。

　　3)从图6,可以看出到在白色背景下,由于白色背景的反光系数很高,降低了光斑和背景色的对比度,但是对于其它衍射级,白色的背景会很容易的把它表现出来。另外,白色的反光面还会对周围其它的发光或者发亮的物体产生反射光,这无疑增大了背景的噪声,对图像处理会产生很大影响。尽管黑色背景会吸收一定量的光的能量,但是在吸收光的同时也降低了杂光的影响,减小了衍射的干扰,能显著提高图像的信噪比。