一種基于光機電技術的螺紋圖像采集方法

摘要：大型工具顯微鏡是科研機構以及高等院校等的計量部門或車間檢查站廣泛使用的一種多用途計量儀器，螺紋相關參數經常在大型工具顯微鏡上面測量。針對傳統設備相對陳舊導致測量過程相對復雜的問題，采用現代光機電一體化手段對大型工具顯微鏡進行改造。通過攝像頭將目鏡及讀數顯微鏡的圖像進行采集，然后通過視頻轉換器送至終端顯示。經過改造后的設備，便于現場使用，可提高測量效率。

關鍵詞：螺紋測量，大型工具顯微鏡，光機電技術

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 引言

大型工具顯微鏡是工廠、科學研究機關及高等院校的計量部門或車間檢查站廣泛使用的一種多用途計量儀器。螺紋相關參數經常在大型工具顯微鏡上面測量?！痘Q性與技術測量》是機械類本科專業(yè)高年級開設的一門重要專業(yè)課，該課程中實驗占了較大比重；其中，螺紋測量就是一項非常重要的實驗。然而在現有實驗室中，還存在著大量的舊設備。上述設備性能尚完好，短時間內還可以繼續(xù)使用。但是，單純使用這些舊設備進行實驗操作，效率相對較低，不利于學生學習課程內容、掌握新知識，影響效率。而隨著現代計算機技術、光機電技術的發(fā)展，設備升級換代速度加快。純粹購置新型設備固然可以，但是投資過大，且對本科教學意義不是很大。因此，在測量及教學過程中，我們應合理使用相關設備，并在其基礎上進行簡單改造，使其更便于操作，提高效率。本文以大型工具顯微鏡測量為例，采用現代光機電一體化手段對該設備進行改造。經過改造后的設備，便于現場使用，可提高測量效率[1-3]。

2. 大型工具顯微鏡

大型工具顯微鏡是一種多用途計量儀器，可以做以下多項測定：？（1） 測量長度，？（2） 測量角度，？（3） 測量螺紋，？（4） 檢定形狀，（5） 使用光學定位器測量內孔和各種槽的寬度；？（6） 使用雙像目鏡測量兩孔間中心距離等；？（7） 使用圓弧輪廓目鏡測量圓弧尺寸。大型工具顯微鏡的外形如圖1所示。

圖1 大型工具顯微鏡

如圖1所示，在大型工具顯微鏡上，1是目鏡，2是讀數顯微鏡，3是物鏡，4是玻璃載物臺，5是橫向手輪，6是圓工作臺手輪，7是縱向手輪。儀器的基本原理是利用光線透射后反射，照亮被測工件的外形輪廓；該輪廓經顯微鏡的物鏡放大，成像在目鏡米字線分劃板上。該測量方式屬于非接觸測量。在大型工具顯微鏡上，可通過轉動手輪5和7使得工作臺4在兩個X、Y互相垂直的方向上移動。針對某些測量對象，為了擴大儀器測量范圍，可以在測微鼓端頭與工作臺之間可放入量塊。放入量塊之后，縱向測量范圍可增大至0-150 mm ，橫向則可增至0-50 mm 。通過旋轉手輪6，可使圓工作臺在水平面內旋轉，轉動的角度則可由工作臺的圓周刻度及游標讀出。同時，顯微鏡上附有可更換的目鏡頭，圖1所示目鏡1放大10倍。另外，物鏡3的放大倍數有1、1.5、3和5倍四種，因此總放大倍數為10、15、30和50倍[4-5]。

3. 圖像采集方法

在傳統的測量過程中，基本是采用手動來操作大型工具顯微鏡。首先通過目鏡觀察被測物件影像，通過轉動工作臺的手輪使儀器對準被測對象，然后在手輪上及讀數顯微鏡中讀取并記錄數據，進行數據處理。由于采用手工操作，目視讀數，實驗誤差較難控制。同時經過長時間的實驗，易引起視覺疲勞，在發(fā)生狹小的目鏡里面經常發(fā)生找不到測量線，從而導致測量無法繼續(xù)下去。

針對上述問題，將現代的光機電一體化技術應用于傳統大型工具顯微鏡，采用圖像采集系統將目鏡及讀數顯微鏡的圖像采集出來，并在終端顯示。圖像采集部分流程如圖2所示。通過工業(yè)攝像頭將目鏡及讀數顯微鏡的圖像進行采集，然后通過視頻轉換器送至終端顯示。其中，若采用圖像采集卡做為中間轉換裝置，則需要電腦主機及采集卡進行視頻采集。如果使用視頻轉換器，則可以直接將圖像輸入終端進行顯示。通過觀察放大了的圖像，便于實驗人員觀察及測量。

圖2 圖像采集流程圖

4. 結論

由于傳統大型工具顯微鏡相對陳舊，使得測量過程相對復雜，不便于演示和測量。為提高測量效率，以大型工具顯微鏡測量為例，給出其圖像采集方法。使用經改造的設備進行測量，可提高測量效率。

參考文獻

[1]景暉 等，基于光機電一體化技術的螺紋測量實驗教學改革[J]. 桂林電子科技大學學報，V29，N4，2009，341-343

[2]李柱 等，互換性與測量技術[M]. 高等教育出版社，2005

[3]駱永明，大型工具顯微鏡的數字化技術改造[J]. 測試技術學報，V12，n3，1998，88-92

[4]王春艷，舊式大型工具顯微鏡數顯化[J]. 光學技術，V29，n1，2003，91-93

[5]朱錚濤，基于計算機視覺圖像精密測量的關鍵技術研究[D]. 華南理工大學博士論文，2004