引起測(cè)量誤差的主要因素有系統(tǒng)分辨率、幾何畸變和各種噪聲[8]。體現(xiàn)在以下幾方面:

　　(1) CCD誤差。本文使用的CCD像元間距為3.2μm,其誤差也為3. 2μm。由于采用了新的亞像素技術(shù),定位誤差理論上可達(dá)到整像素的1/42(約為3. 2/42≈0. 076μm),相當(dāng)于將CCD的分辨率提高了42倍。被測(cè)零件的外形尺寸為44 mm×40mm,CCD分辨率為2 048×1 536,整像素對(duì)應(yīng)尺寸0. 026mm,亞像素對(duì)應(yīng)尺寸為0. 62μm。

　　(2)標(biāo)定誤差。由于制造、安裝等原因,攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)并不是精確地按理想化的小孔成像原理工作,存在透鏡畸變[9]。本文采用TEC-M55焦闌鏡頭(遠(yuǎn)心鏡頭),畸變系數(shù)很小,經(jīng)過(guò)用5mm標(biāo)準(zhǔn)量塊實(shí)際測(cè)定,圖像范圍內(nèi)各處水平及垂直方向量塊寬度整像素誤差未檢測(cè)到。采用相對(duì)標(biāo)定法,標(biāo)定時(shí)對(duì)畸變進(jìn)行了矯正。標(biāo)準(zhǔn)樣件尺寸由萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)得,其外徑為?40. 008 mm。由于使用標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)對(duì)象作為標(biāo)定參照物,不需要標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù),只需要標(biāo)定出攝像機(jī)的物面分辨率,簡(jiǎn)化了標(biāo)定過(guò)程,保證了標(biāo)定精度和穩(wěn)定性。

　　(3)其它誤差。電源電壓的波動(dòng)也對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響,本文利用直流穩(wěn)壓電源供電,減少了電壓的波動(dòng)。此外,在CCD攝像機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器及采集電路中存在熱電子噪聲,使采集圖像的屏幕上有許多閃爍跳躍的斑點(diǎn)和波紋。利用濾波和多次測(cè)量取平均值可抑制和減弱該噪聲,本文首先采集6幅相同的圖像將其平均,大大減少了加性噪聲,然后對(duì)圖像進(jìn)行了中值濾波。最后對(duì)某些參數(shù)多次測(cè)量,取平均值作為測(cè)量結(jié)果,減少了誤差。測(cè)量過(guò)程中無(wú)法真實(shí)獲取某一截面中的數(shù)值,因?yàn)闈L道是螺旋面而不是圓環(huán)面,用一個(gè)螺距內(nèi)的誤差值來(lái)表示某一截面的誤差將放大圓度誤差。另一方面,截取若干螺距內(nèi)的滾道代替整個(gè)滾道,且用有限個(gè)測(cè)球中心坐標(biāo)代替螺距內(nèi)一周的坐標(biāo)數(shù)據(jù),可能使得所測(cè)參數(shù)小于實(shí)際誤差數(shù)值從而減小誤差。通過(guò)在不同位置反復(fù)測(cè)試,可知這兩種誤差很小,且兩者的綜合作用可以抵消一部分誤差,使得實(shí)際誤差進(jìn)一步減小。

　　6　結(jié)果與討論

　　本文基于CCD技術(shù)對(duì)滾珠螺母進(jìn)行了直接定量測(cè)量。計(jì)算出其公稱(chēng)直徑的形位誤差,測(cè)量過(guò)程與螺母的工作情況相似,影響測(cè)量結(jié)果的因素很少。測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差可以抵消一部分,使得實(shí)際誤差較小。

　　常規(guī)測(cè)量方法是打表法,由于指針無(wú)法觸及被測(cè)螺母的公稱(chēng)直徑表面,只能將被測(cè)滾珠螺母與標(biāo)準(zhǔn)絲杠旋合,通過(guò)間接方法計(jì)算誤差,評(píng)定時(shí)不考慮其它環(huán)節(jié)誤差。這種測(cè)量方法首先要求特制標(biāo)準(zhǔn)絲杠,給檢測(cè)帶來(lái)不便,同時(shí)絲杠的誤差不可避免地要帶入測(cè)量結(jié)果。不同尺寸的螺母要求相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)絲杠與其匹配進(jìn)行測(cè)量,這就需要大量的標(biāo)準(zhǔn)絲杠,既不經(jīng)濟(jì)也不便于管理。其次,滾珠絲杠與螺母之間存在間隙,也會(huì)影響測(cè)量精度。另外,表頭誤差及指針?lè)较蚱罹鶗?huì)降低測(cè)量精度。

　　本文所述測(cè)量方法符合測(cè)量原理,在眾多誤差來(lái)源中,測(cè)量誤差主要來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)的誤差。光學(xué)系統(tǒng)的誤差主要是透鏡像差、感光像元排列誤差和透視誤差。成像系統(tǒng)的幾何畸變誤差是典型的系統(tǒng)誤差,它是多種誤差的組合,是影響光學(xué)測(cè)量精度的關(guān)鍵因素之一,提高系統(tǒng)分辨率及采取各種標(biāo)定方法能有效降低系統(tǒng)誤差。本文測(cè)量方法適合類(lèi)似圓柱及圓錐內(nèi)表面零件等接觸測(cè)量難以處理的零件。

　　7　結(jié)　論

　　(1)構(gòu)建了滾珠螺母視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的測(cè)量軟件。用定量的方法進(jìn)行了直接測(cè)量,為滾珠螺母形位誤差測(cè)量提供了一種新的方法。

　　(2)為提高圖像定位精度,提出了改進(jìn)的二次多項(xiàng)式插值方法,大大提高了圖像邊緣的定位精度。

　　(3)在計(jì)算圓度誤差時(shí),提出了圓的邊緣點(diǎn)離散分布時(shí)圓度誤差的最小區(qū)域評(píng)定解析計(jì)算方法,只需進(jìn)行數(shù)次循環(huán)計(jì)算即可準(zhǔn)確求出最小區(qū)域?qū)挾?圓度誤差)。而最小二乘法只適合求解連續(xù)數(shù)據(jù)的完整圓或離散數(shù)據(jù)的對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)。本文所述算法消除了方法誤差,提高了測(cè)量精度。