專利名稱：一種影像式螺紋樣板自動檢定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種采用光學(xué)影像方式進(jìn)行螺紋樣板檢定的全自動儀器，能自動地對成 組螺紋樣板進(jìn)行快速檢定，并直接生成檢定報告。
背景技術(shù)：
目前的螺紋樣板檢定通常采用工具顯微鏡等設(shè)備，以手工操作方式完成。一組螺 紋樣板有多達(dá)20個的樣板需要檢定，每個樣板需要依賴手工操作方式，對每片螺紋樣板逐 個聚焦清晰，并進(jìn)行多次對齊，對螺距、牙頂寬度、牙底寬度、牙型半角逐個進(jìn)行測量，工作 量繁重、效率低下、檢定數(shù)據(jù)客觀性差，給檢定部門帶來了很大困難。在近年來的文獻(xiàn)中，未見到有關(guān)于螺紋樣板自動檢定設(shè)備的報道。

發(fā)明內(nèi)容
影像式螺紋樣板自動檢定儀的結(jié)構(gòu)包括XYZ三軸移動工作臺[1]、顯微鏡[2]、 CCD、照明系統(tǒng)[3]、電氣控制卡[4]和個人計算機(jī)[5]；個人計算機(jī)[5]配備圖像采集卡， 接收由顯微鏡[2]和CCD所構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)；個人計算機(jī)[5]包括螺紋樣板 檢定模塊，它利用圖像處理技術(shù)，對獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對XYZ三軸移動工作臺 [1]上螺紋樣板[6]的檢定；個人計算機(jī)[5]通過向電氣控制卡發(fā)送命令來移動XYZ三軸 移動工作臺[1]，使得螺紋樣板上待測區(qū)域移動到顯微鏡的可視區(qū)域內(nèi)；照明系統(tǒng)[3]保證 光學(xué)成像系統(tǒng)獲取到高質(zhì)量的螺紋樣板圖像數(shù)據(jù)。圖1給出了本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的一個目的是提供一種高精度、可程序控制的三軸移動工作平臺。通過個 人計算機(jī)[5]中的螺紋樣板檢定模塊控制平臺移動，將螺紋樣板待測區(qū)域逐個移動到顯微 鏡視野內(nèi)，順序完成的成組螺紋樣板的掃描工作。本發(fā)明的另一個目的是在個人計算機(jī)中提供了一種全自動的螺紋樣板檢定模塊， 該模塊只需操作者做少量的設(shè)定后，即可全自動的完成成組螺紋樣板的檢定。螺紋樣板檢 定模塊又分為螺紋樣板搜索模塊和螺紋參數(shù)測量模塊。檢定螺紋樣板時，操作者只需將成組螺紋樣板上所有樣板平鋪展開，固定在測量 平臺上，啟動檢定模塊，選取該組樣板中最高一片螺紋樣板的外側(cè)邊緣作為檢定起始位置， 圓弧提取模塊對個人計算機(jī)中圖像采集卡獲取的圖像進(jìn)行處理，計算得到最高螺紋樣板的 邊緣點集，如有必要，驅(qū)動三軸工作臺運動，以檢測當(dāng)前視野外的樣板區(qū)域，完成最高螺紋 樣板邊緣點集的提取。螺紋樣板搜索模塊內(nèi)部記錄了標(biāo)準(zhǔn)螺紋樣板相關(guān)參數(shù)每個規(guī)格螺紋樣板的螺 距、牙頂寬度、牙底寬度、螺紋有效長度等參數(shù)，同時還包括每個規(guī)格螺紋樣板的輪廓數(shù)據(jù)。 螺紋樣板搜索模塊在工作時，首先調(diào)用預(yù)存的螺紋樣板輪廓數(shù)據(jù)，對提取的螺紋樣板邊緣 點集進(jìn)行匹配，確定當(dāng)前螺紋樣板測量區(qū)域的位置和旋轉(zhuǎn)角度。在螺紋樣板搜索模塊確定 測量區(qū)域后，儀器再調(diào)用螺紋參數(shù)測量模塊，在測量區(qū)域內(nèi)部完成螺距、牙型角、牙頂寬度、 牙底寬度等數(shù)據(jù)的測量計算。
完成一片螺紋樣板的檢定后，螺紋樣板搜索模塊根據(jù)當(dāng)前檢定螺紋樣板邊緣位置 和高度，以及邊緣點集的走勢，預(yù)測出下一片螺紋樣板的位置，控制三軸移動工作臺移動到 該位置處，自動聚焦，開始新的一片螺紋樣板的檢定。螺紋樣板檢定模塊自動重復(fù)以上過程，直到完成所有的螺紋樣板檢定，最后直接 打印生成檢定部門所需的檢定證書。本發(fā)明優(yōu)點在于檢定效率高，極大的降低了檢定部門的工作量。同時，本發(fā)明檢定 數(shù)據(jù)的客觀性和一致性好，受人為因素影響非常小。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的全自動螺紋樣板檢定的工作流程示意圖。圖3是本發(fā)明的螺紋參數(shù)測量模塊的工作示意圖。圖4是本發(fā)明的螺紋參數(shù)計算示意圖。圖中主要結(jié)構(gòu)為1-XYZ三軸移動工作臺、2-顯微鏡、3-照明系統(tǒng)、4-電氣控制卡、 5-個人計算機(jī)、6-被檢螺紋樣板、7-螺紋樣板測量范圍、8-參數(shù)測量提取區(qū)。
具體實施例方式螺紋樣板檢定模塊又分為螺紋樣板搜索模塊和螺紋參數(shù)測量模塊。螺紋樣板搜索 模塊實現(xiàn)對被檢樣板的自動搜索，并獲取該片樣板上螺紋工作區(qū)域。螺紋參數(shù)測量模塊在 螺紋樣板搜索模塊給出的區(qū)域內(nèi)，自動計算螺紋參數(shù)。完成一片螺紋樣板的檢定后，螺紋樣 板搜索模塊預(yù)測下一片螺紋樣板的位置，控制三軸移動工作臺移動到該位置處，自動聚焦， 開始下一片螺紋樣板的檢定，流程示意圖見圖2所示。在完成檢定后，螺紋樣板檢定模塊會 直接輸出規(guī)范的檢定報告。螺紋樣板檢定模塊預(yù)存了成組標(biāo)準(zhǔn)螺紋樣板的相關(guān)數(shù)據(jù)每個規(guī)格螺紋樣板的 螺距、牙頂寬度、牙底寬度和螺紋有效長度等參數(shù)，同時還包括每個規(guī)格螺紋樣板的輪廓數(shù) 據(jù)。模塊以這些數(shù)據(jù)作為自動檢定的依據(jù)，保證了檢定的可靠性。為了提高檢定效率，使用螺紋樣板檢定模塊前，需要操作者將成組的螺紋樣板均 勻攤開，使得每片螺紋樣板有效螺紋長度區(qū)域沒有被遮擋，將其放置在檢定儀工作臺面上， 用夾具固定牢固；并將鏡頭移動到最高一片螺紋樣板的外側(cè)區(qū)域，聚焦清晰。螺紋樣板檢定模塊總體工作流程①螺紋樣板自動檢定模塊調(diào)用螺紋樣板搜索模塊開始樣板搜索；②螺紋樣板搜索模塊獲取當(dāng)前檢定樣板的輪廓點集數(shù)據(jù)；③螺紋樣板搜索模塊載入預(yù)存的成組標(biāo)準(zhǔn)螺紋樣板參數(shù)和每個規(guī)格螺紋樣板的 輪廓數(shù)據(jù)，對提取的螺紋樣板邊緣點集進(jìn)行匹配，確定當(dāng)前螺紋樣板測量區(qū)域的位置和旋 轉(zhuǎn)角度；④螺紋樣板檢定模塊根據(jù)螺紋樣板搜索模塊得到的測量區(qū)域，調(diào)用螺紋參數(shù)測量 模塊，在測量區(qū)域內(nèi)完成螺距、牙型角、牙頂寬度、牙底寬度等數(shù)據(jù)的測量和計算；⑤螺紋樣板檢定模塊根據(jù)當(dāng)前檢定樣板的走勢及高度，自動移動機(jī)臺到下一片樣 板區(qū)域；
⑥螺紋樣板檢定模塊重復(fù)執(zhí)行② ⑤，直到完成該組樣板所有螺紋參數(shù)的測量；⑦螺紋樣板檢定模塊以每片螺紋樣板的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值做比對，判定各片樣板是 否檢定合格，輸出詳細(xì)的檢定報告。螺紋樣板搜索模塊實現(xiàn)對被檢樣板的自動搜索，并獲取該片樣板上螺紋工作區(qū) 域，具體工作流程如下①螺紋樣板搜索模塊從圖像采集卡獲取CCD圖像；②螺紋樣板搜索模塊使用高斯濾波算法對采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；③螺紋樣板搜索模塊采用Sobel算子進(jìn)行邊緣檢測，得到當(dāng)前影像區(qū)域的邊緣點 集；④螺紋樣板搜索模塊將保存在模塊內(nèi)部的螺紋樣板輪廓數(shù)據(jù)與已經(jīng)提取的所有 邊緣點集進(jìn)行匹配，得到匹配度指標(biāo)；⑤螺紋樣板搜索模塊根據(jù)已經(jīng)提取邊緣點集判斷出邊緣的走勢，控制三軸工作平 臺按照邊緣的走勢移動到螺紋樣板的下一個區(qū)域；⑥螺紋樣板搜索模塊再次進(jìn)行匹配，得到新的匹配度指標(biāo)；⑦螺紋樣板搜索模塊判斷連續(xù)兩次匹配度數(shù)據(jù)，若匹配度增大，則重復(fù)⑤ ⑥，繼 續(xù)進(jìn)行搜索、匹配；若匹配度減小，則將到上個循環(huán)步為止獲取的邊緣點集作為該片螺紋樣 板的測量范圍；⑧螺紋樣板搜索模塊以測量范圍內(nèi)的邊緣點集與內(nèi)部保存的邊緣點集再次進(jìn)行 匹配，得到該測量范圍的旋轉(zhuǎn)量和平移量；⑨螺紋樣板搜索模塊以邊緣點集、測量范圍、測量范圍的旋轉(zhuǎn)量和平移量為輸出， 結(jié)束該片樣板的搜索工作。在完成一片螺紋樣板的測量區(qū)域提取以后，螺紋樣板檢定模塊調(diào)用參數(shù)測量模 塊，在測量區(qū)域內(nèi)完成螺紋相關(guān)參數(shù)的測量。參數(shù)測量模塊具體工作流程如下①參數(shù)測量模塊載入內(nèi)部保存的測量參數(shù)，以及每個參數(shù)對應(yīng)的測量提取區(qū)、各 個測量提取區(qū)在測量范圍中的相對位置；②參數(shù)測量模塊以測量范圍的旋轉(zhuǎn)量和平移量數(shù)據(jù)為參數(shù)，對測量范圍和邊緣 點集進(jìn)行校正，將其調(diào)整到內(nèi)部模板的方向；③參數(shù)測量模塊將內(nèi)部的各個測量提取區(qū)應(yīng)用到校正后的點集數(shù)據(jù)中，劃分出各 個待測參數(shù)對應(yīng)的測量點集，如圖3所示；④參數(shù)測量模塊使用最小二乘法，對每個待測參數(shù)點集數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到需要 的線段或圓弧數(shù)據(jù)，由此計算得到各個測量參數(shù)，完成一片螺紋樣板的檢定，如圖4所示。
權(quán)利要求
一種影像式螺紋樣板自動檢定儀，由三軸CNC移動工作臺[1]、顯微鏡[2]、CCD、照明系統(tǒng)[3]、電氣控制卡[4]、個人計算機(jī)[5]組成，其特征在于所述三軸CNC移動工作臺[1]的每個軸由直線導(dǎo)軌、絲杠和直流伺服控制系統(tǒng)組成；所述的個人計算機(jī)[5]具有全自動螺紋樣板檢定模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的影像式螺紋樣板自動檢定儀，所述全自動螺紋樣板檢定模塊包 括螺紋樣板搜索模塊和螺紋參數(shù)測量模塊；螺紋樣板搜索模塊自動搜索被檢樣板，并獲取 該片樣板上螺紋工作區(qū)域；螺紋參數(shù)測量模塊在螺紋樣板搜索模塊給出的區(qū)域內(nèi)，自動計 算螺紋參數(shù)；兩個模塊交替工作，直到所有螺紋樣板檢定完成。
3.如權(quán)利要求2所述的影像式螺紋樣板自動檢定儀，所述螺紋樣板搜索模塊從圖像采 集卡獲取CCD圖像，使用高斯濾波算法對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，采用Sobel算子進(jìn)行邊緣檢 測，得到當(dāng)前影像區(qū)域的邊緣點集，使用保存在模塊內(nèi)部的螺紋樣板輪廓數(shù)據(jù)與已經(jīng)獲取 的所有邊緣點集進(jìn)行匹配，得到匹配度指標(biāo)，根據(jù)已經(jīng)提取邊緣點集判斷出邊緣的走勢，控 制三軸工作平臺按照邊緣的走勢移動到螺紋樣板的下一個區(qū)域，再次進(jìn)行檢測并匹配，得 到新的匹配度指標(biāo)，若匹配度增大，則繼續(xù)進(jìn)行搜索；若匹配度減小，則將到上個循環(huán)為止 獲取的邊緣點集作為該片螺紋樣板的測量范圍，并計算得到測量范圍的旋轉(zhuǎn)量和平移量。
4.如權(quán)利要求2所述的影像式螺紋樣板自動檢定儀，所述螺紋參數(shù)測量模塊載入內(nèi)部 保存的測量參數(shù)，以及每個參數(shù)對應(yīng)的測量提取區(qū)、各個測量提取區(qū)在測量范圍中的相對 位置；以測量范圍的旋轉(zhuǎn)量和平移量數(shù)據(jù)為參數(shù)，對測量范圍和邊緣點集進(jìn)行校正，將其調(diào) 整到內(nèi)部模板的方向；將內(nèi)部的各個測量提取區(qū)應(yīng)用到校正后的點集數(shù)據(jù)中，劃分出各個 待測參數(shù)對應(yīng)的測量點集，再使用最小二乘法，對每個待測參數(shù)點集數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到需 要的線段或圓弧數(shù)據(jù)，由此計算得到各個測量參數(shù)，完成一片鈑金樣板的測量。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種影像式螺紋樣板自動檢定儀，它以三軸CNC移動工作臺為主體，配備顯微鏡、CCD、照明系統(tǒng)、電氣控制卡和個人計算機(jī)。三軸工作臺可在計算機(jī)的控制下，由電氣控制卡驅(qū)動，實現(xiàn)程序控制。個人計算機(jī)配備圖像采集卡，接收由顯微鏡和CCD所構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng)捕獲的螺紋樣板圖像數(shù)據(jù)。個人計算機(jī)中提供了一種全自動的螺紋樣板檢定模塊，包括螺紋樣板搜索模塊和螺紋參數(shù)測量模塊。螺紋樣板搜索模塊搜索出螺紋樣板測量區(qū)域位置和旋轉(zhuǎn)角度。螺紋參數(shù)測量模塊在測量區(qū)域內(nèi)部完成螺距、牙型角、牙頂寬度、牙底寬度等數(shù)據(jù)的測量計算。兩個模塊交替工作，直到所有螺紋樣板檢定完成。
文檔編號G01B11/00GK101995218SQ201010523879
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者徐一華, 楊聰 申請人:蘇州天準(zhǔn)精密技術(shù)有限公司