主轴回转运动精度的计算机视觉测量系统.pdfVIP

2014年 8月 机械设计与制造工程 Agu．2014 第43卷 第8期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．43No．8 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．08．012 主轴回转运动精度的计算机视觉测量系统 关芳芳 ，程筱胜 (1．南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016) (2．南京工程学院 工业中心，江苏 南京 211167) 摘要：基于计算机视觉测量技术，建立了机床主轴回转运动精度测量系统。系统主要 由CCD摄像 机、计算机和相应的图像处理软件组成。利用图像传感器记录靶标特征点运动轨迹 ，经过 图像处 理软件的数据处理，可直接测得主轴的回转运动。由于靶标特征点的提取直接影响系统的测量 精度 ，因此提出了以圆形标记作为靶标 图案，采用面积矩方法提取圆心来提高系统测量精度。在 MATLAB环境下编程实现图像处理和数据计算，采用最小区域圆法计算主轴回转误差。最后采 用该系统对车床主轴进行 了测量，试验证 明，系统可以实现主轴回转运动精度的精确、快速测量， 且精度达到微米级。 关键词：主轴回转运动精度；计算机视觉；数字图像处理；最小区域圆法 中图分类号 ：TH741 文献标识码 ：A 文章编号 ：2095—509X(2014)08—0050—04 机床的主轴回转运动误差直接影响其加工工 和计算机。靶标 由一组印制在一个平面上的圆形 件的几何精度和表面光洁度，机床主轴如有误差运 图案组成，其圆心是靶标的特征点，圆心的间距精 动，轴上安装的刀具或工件将失去固定的旋转 中 确 已知 。 心，不仅影响形状精度、粗糙度和测量精度，同时在 检测主轴回转运动时，将靶标安装在精车的工 加工过程中会产生较大的噪声和振动，因此检测主 件端面中心，采集图像，主轴的回转误差体现在图 轴回转误差并分析其产生原因，是机床加工过程中 像上圆心随主轴回转时的跳动上。用CCD摄像机 保障加工零件精度的有效措施。 进行拍摄，提取圆形靶标的圆心，由圆心的运动轨 在 2O世纪60年代 ，日本的大园成夫提出了基 迹可以计算出主轴的回转误差。 于三点法测量回转误差，即对安装在主轴上的标准 测量时，采用 CCD摄像机检测到圆心运动轨 球进行单点或多点测量，采集的数据受到标准球的 迹，其在 方向(水平方向)和Y方向(垂直方向) 安装和形状误差的干扰，必须进行误差分离才能得 的分量可以用下式描述 ： 到主轴 回转误差，其关键技术在于误差分离_1-2]。 = Ecos(2~rft)+A (1) 基于误差分离技术的传统测量方法很多，随着现代 Y=Esin(2．trft)+△ (2) 测量技术的发展已经相当完善。 式中：．厂为主轴回转频率；E为圆形靶标的安装偏 本文将计算机视觉测量技术运用于机床主轴 心，Ecos(2 )和 Esin(2 )分别为其安装偏心 回转误差的测量 中，该方法可以对主轴回转误差进 在 方向和y方向的投影；△和△为主轴回转误差 行直接测量，避免了传统测量方法 中必须误差分 e在 方向和Y方向的投影 j。由于圆形靶标安装 离，即标准球安装偏心和形状误差的分离，测量系 偏心在后期的处理当中可由计算得到，因此可以很 统不需安装标准球或标准棒，测量方法简单 J。 直观显示出一个半径为E的基圆误差图。