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山东大学学报 (工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (3): 80-85.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.509

• 机械与能动工程 • 上一篇    下一篇

利用图像处理技术测量丝杠螺距的机器视觉系统

韩天雨(),路长厚*(),李建美,尹昂,侯秋林   

  1. 山东大学机械工程学院, 山东 济南 250061
  • 收稿日期:2020-09-22 出版日期:2022-06-20 发布日期:2022-06-23
  • 通讯作者: 路长厚 E-mail:201834001@mail.sdu.edu.cn;luchh@sdu.edu.cn
  • 作者简介:韩天雨(1995—),女,山东烟台人,硕士研究生,主要研究方向为机器视觉和图像处理。E-mail: 201834001@mail.sdu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51975337)

A machine vision system for measuring screw pitch with image processing techniques

Tianyu HAN(),Changhou LU*(),Jianmei LI,Ang YIN,Qiulin HOU   

  1. School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
  • Received:2020-09-22 Online:2022-06-20 Published:2022-06-23
  • Contact: Changhou LU E-mail:201834001@mail.sdu.edu.cn;luchh@sdu.edu.cn

摘要:

为解决接触式测量方式损伤工件以及测量设备造价昂贵的问题, 设计一种基于机器视觉的低成本、高精度的丝杠螺距测量系统。该系统依靠MATLAB平台搭建, 由图像采集系统、机械系统、步进控制系统、图像和数据处理4个子系统构成。利用亚像素图像拼接算法拼接丝杠子图像从而获得完整的丝杠图像, 通过图像增强、降噪等预处理方法改善图像质量, 采用形态学边缘提取和亚像素边缘定位的组合算法精确提取丝杠边缘, 并由数据处理程序自动测量螺距误差。试验结果表明, 机器视觉系统和标准仪器(JCS-040A)对3种型号滚珠丝杠螺距测量结果的相对误差分别不超过0.04%、0.06%、0.09%, 该方法应用于丝杠工业测量中的可行性得以验证。

关键词: 丝杠, 机器视觉, 螺距误差, 图像拼接, 图像处理

Abstract:

In order to solve problems of damage to workpiece and high-cost of measuring equipment by contact measuring method, a low-cost and high-precision screw pitch measuring system based on machine vision was designed. The system was built on MATLAB and consisted of four sub-systems: image acquisition system, mechanical system, stepping control system, image and data processing system. Sub-pixel mosaic algorithm was used to splice the sub-images of the lead screw and a complete lead screw image could be obtained. Image quality was improved by image enhancement and filtering. Morphological edge extraction and sub-pixel edge location algorithm were used to extract the screw edge accurately, and pitch errors were measured automatically by data processing program. The experimental results showed that the relative error of the machine vision system and standard instrument (JCS-040A) for the measurement results of the three types of ball screw pitches didn't exceed 0.04%、0.06%、0.09%, respectively. The feasibility of the system in industrial measurement of lead screw was validated.

Key words: screw, machine vision, pitch error, image mosaic, image processing

中图分类号: 

  • TH136

图1

测量系统平台组成"

图2

测量系统技术路线"

图3

图像拼接过程"

图4

丝杠边缘灰度分布"

图5

两种轮廓提取方法结果对比"

图6

丝杠像素级边缘提取"

图7

丝杠亚像素级边缘提取"

表1

3种滚珠丝杠样本具体参数"

丝杠型号 公称导程/ mm 公称直径/ mm 精度等级 丝杠全长/mm 实测长度/mm 任意2Π行程内行程变动量最大偏差ep/μm 指定行程内最大允差ep/μm
4210# 10 40 4 1002 355 7 18
2505-588-34# 5 25 3 588 375 6 13
3210# 10 30 4 600 370 7 18

图8

滚珠丝杠样本"

图9

滚珠丝杠激光动态行程测量仪"

图10

2种方法对3种样本螺距的测量结果"

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