滚珠螺母形位误差的CCD测量

　　1　引　言

　　滚珠螺母是滚珠丝杠副的内螺纹元件,它的精度直接影响滚珠丝杠副的传动质量。因其摩擦小、效率高、运行平稳、寿命长、可逆传动及零间隙等优点,广泛应用于精密机械、机床、汽车、船舶、航空航天及计算机等行业。滚珠丝杠与螺母之间以钢球为运动载体构成滚动摩擦,摩擦性能优良。由于螺母内表面结构较为复杂,无论设计还是制造工艺都比丝杠困难,尤其是它的内部参数较难测量。滚珠螺母的常规测量方法[1, 2]有固定式检测仪、钢珠接触法及相对测量法,它们都属于接触测量,每种方法只能测量一种或两种参数。有些参数能定量测量,有些则靠综合量规检定或透光法定性检测,个别参数无法测量,螺母的形位误差测量尤为困难。根据技术规范[2],滚珠螺母公称直径的圆度、滚道跳动及滚道对其外径的同轴度应满足一定的公差要求。由于滚珠螺母公称直径不同于普通光滑圆柱面,它是看不见且指针无法触及到的虚拟要素,所以它的形位误差无法用普通方法精确测量,目前的测量是以标准丝杠样件为基准进行形位误差测量,而丝杠本身存在误差,导致测量结果的累积误差较大,有些参数达不到要求。

　　本文基于计算机视觉技术,以CCD为图像传感器,采集螺母的一系列数字图像,对图像进行相关处理,获取轮廓边缘的亚像素位置,可直接测量滚珠螺母的形位误差。

　　2　轮廓边缘分割

　　2.1　测量系统构成

　　测量系统主要由软、硬件两部分组成。其功能模块分为图像采集环节、处理环节、测量环节及结果分析几部分。硬件部分包括CCD、工件及工作台、计算机、接口卡及标定量块等;软件在VC++环境下自主开发,主要是图像处理及后续测量的数据计算。

　　图像质量直接影响检测精度,本文采用大恒图像公司生产的DH-HV3000FC彩色数字摄像头,该摄像头分辨率为2048×1536,像素尺寸为3. 2μm×3. 2μm, IEEE1394数字接口卡将采集到的数字图像传输到计算机。采集图像时,将直径等于滚珠公称直径的标准测球放在滚道沟槽内,在重力作用下测球与光滑沟道最底部接触。对采集到的彩色图像进行灰度化处理,得到图1所示的灰度图像。

　　2.2　图像分割

　　数字图像存在一定噪声,为获得清晰的图像轮廓,需对图像进行降噪处理。均值滤波使图像边缘模糊,对几何量测量误差有较大影响。中值滤波对图像中的显著角点有影响。图1中图像的边缘基本都是圆和圆弧曲线,个别角点对测量结果影响很小,所以采用3×3小邻阈的中值滤波来消除个别毛刺噪声的影响,效果较好。

　　图像分割是图像处理的重要内容,其目的是将目标从背景中分离出来。图像分割主要分为阈值分割法和梯度分割法。阈值选取是阈值分割的关键,阈值选取过高,则过多的目标点被误判为背景,阈值选取过低,又会使背景误判为目标。梯度分割法[3, 4]获得的边界有时不是完全连通的,有一定程度的断开,丢失了部分边界像素,边界连续性不好,