郁 炜，何邦友

（1.衢州学院，浙江 衢州324000；2.衢州亿龙信息技术有限公司，浙江 衢州324000）

精密测量是工程科学的基础，是现代制造技术的关键，而精密球体的轮廓测量历来是精密测量的重要内容，其中精密球体几何尺寸测量对精度要求越来越高，传统的测量方式逐渐不适应需求。

图1 结构光三维成像系统原理示意图

1 研究内容

文章采用结构光照明，利用三维相位空间解调方法，针对精密球体轮廓提取其特征信息，对测量过程中连续特征信息融合，并基于测量数据重构三维轮廓，获取其轮廓数字信息，包含三维轮廓识别、图像插值及滤波，投影成像标定等关键技术问题，其成像系统原理如图1所示。本文研究内容旨在提高精密球体几何尺寸测量的精度指标及检测效率。

（1）精密球体轮廓的有效识别。文章中结构光照明的光学三维相位测量技术建立数字条纹投影测量系统采用相交光轴的系统设置，在一定的光强下，分别取被测精密球体点光强信息，求得表面相位差分布，根据相位一一映射球体信息，进而获得空间三维坐标，其中从提取的球体信息到获得绝对相位差分布首先必须经过时域相位解包裹算法；然后在划定好的测量区中对数据进行识别，识别过程中设置了阈值，可将有效测量区域从背景、阴影等“坏”区域中辨识出来，获得精密球体几何尺寸所需的有效数据。

（2）图像插值及滤波处理。光学三维测量系统（如图2所示）得到的数据，需要使用图像插值技术恢复出缺失的像素。图像插值技术是图像处理领域中的常用技术。大致可以分为三类:传统方法、基于边缘的方法、基于区域的方法。文章中采用基于区域的插值方法，此方法原理科学，插值效果好。三维数据映射为图像后，会引入图像噪声，因此，需要进行滤波处理。中值滤波，是先把滤波模板中所有像素的灰度进行排序，之后取中间值代替待处理点像素的灰度。中值滤波属于非线性处理范畴，适合文章要求。

图2 光学三维测量系统示意图

（3）光栅投影成像球体的标定。由条纹投影图像所获得球体相位差数据，无论其多么精确，它都还需要进一步转换成空间三维数据才能成为有用的数据，所以需要进行标定，只有标定后的数据才具有实用性的可能，因此标定的可操作性、稳定性和精度直接影响了测量系统的性能，文章中采用相交光轴系统，所以在标定之前需进行畸变去除，然后在改善传统标定方法缺点的基础上建立优化的标定技术。

2 研究意义

目前，国内大多数精密轴承球体加工企业由于加工技术与装备落后，精密球体的精度和一致性在生产中不可控，所以在实际生产加工中往往需要依靠“挑选”获取满足要求的精密球体。高精度轴承、导轨等高端设备的轴承球均依赖进口，所以开发精密球体几何尺寸的检测技术融入加工过程，指导生产，在超精密研究领域具有重要现实意义。

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