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

　　(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,定位誤差理論上可達到整像素的1/42(約為3. 2/42≈0. 076μm),相當于將CCD的分辨率提高了42倍。被測零件的外形尺寸為44 mm×40mm,CCD分辨率為2 048×1 536,整像素對應尺寸0. 026mm,亞像素對應尺寸為0. 62μm。

　　(2)標定誤差。由于制造、安裝等原因,攝像機光學系統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(遠心鏡頭),畸變系數很小,經過用5mm標準量塊實際測定,圖像范圍內各處水平及垂直方向量塊寬度整像素誤差未檢測到。采用相對標定法,標定時對畸變進行了矯正。標準樣件尺寸由萬能工具顯微鏡測得,其外徑為?40. 008 mm。由于使用標準的檢測對象作為標定參照物,不需要標定攝像機的內外參數,只需要標定出攝像機的物面分辨率,簡化了標定過程,保證了標定精度和穩定性。

　　(3)其它誤差。電源電壓的波動也對測量結果產生一定的影響,本文利用直流穩壓電源供電,減少了電壓的波動。此外,在CCD攝像機、A/D轉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和波紋。利用濾波和多次測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,然后對圖像進行了中值濾波。最后對某些參數多次測量,取平均值作為測量結果,減少了誤差。測量過程中無法真實獲取某一截面中的數值,因為滾道是螺旋面而不是圓環面,用一個螺距內的誤差值來表示某一截面的誤差將放大圓度誤差。另一方面,截取若干螺距內的滾道代替整個滾道,且用有限個測球中心坐標代替螺距內一周的坐標數據,可能使得所測參數小于實際誤差數值從而減小誤差。通過在不同位置反復測試,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,使得實際誤差進一步減小。

　　6　結果與討論

　　本文基于CCD技術對滾珠螺母進行了直接定量測量。計算出其公稱直徑的形位誤差,測量過程與螺母的工作情況相似,影響測量結果的因素很少。測量時產生的誤差可以抵消一部分,使得實際誤差較小。

　　常規測量方法是打表法,由于指針無法觸及被測螺母的公稱直徑表面,只能將被測滾珠螺母與標準絲杠旋合,通過間接方法計算誤差,評定時不考慮其它環節誤差。這種測量方法首先要求特制標準絲杠,給檢測帶來不便,同時絲杠的誤差不可避免地要帶入測量結果。不同尺寸的螺母要求相應的標準絲杠與其匹配進行測量,這就需要大量的標準絲杠,既不經濟也不便于管理。其次,滾珠絲杠與螺母之間存在間隙,也會影響測量精度。另外,表頭誤差及指針方向偏差均會降低測量精度。

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

　　7　結　論

　　(1)構建了滾珠螺母視覺檢測系統的硬件結構,開發了相應的測量軟件。用定量的方法進行了直接測量,為滾珠螺母形位誤差測量提供了一種新的方法。

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

　　(3)在計算圓度誤差時,提出了圓的邊緣點離散分布時圓度誤差的最小區域評定解析計算方法,只需進行數次循環計算即可準確求出最小區域寬度(圓度誤差)。而最小二乘法只適合求解連續數據的完整圓或離散數據的對稱數據。本文所述算法消除了方法誤差,提高了測量精度。