一种基于光机电技术的螺纹图像采集方法

摘要：大型工具显微镜是科研机构以及高等院校等的计量部门或车间检查站广泛使用的一种多用途计量仪器，螺纹相关参数经常在大型工具显微镜上面测量。针对传统设备相对陈旧导致测量过程相对复杂的问题，采用现代光机电一体化手段对大型工具显微镜进行改造。通过摄像头将目镜及读数显微镜的图像进行采集，然后通过视频转换器送至终端显示。经过改造后的设备，便于现场使用，可提高测量效率。

关键词：螺纹测量，大型工具显微镜，光机电技术

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 引言

大型工具显微镜是工厂、科学研究机关及高等院校的计量部门或车间检查站广泛使用的一种多用途计量仪器。螺纹相关参数经常在大型工具显微镜上面测量。《互换性与技术测量》是机械类本科专业高年级开设的一门重要专业课，该课程中实验占了较大比重；其中，螺纹测量就是一项非常重要的实验。然而在现有实验室中，还存在着大量的旧设备。上述设备性能尚完好，短时间内还可以继续使用。但是，单纯使用这些旧设备进行实验操作，效率相对较低，不利于学生学习课程内容、掌握新知识，影响效率。而随着现代计算机技术、光机电技术的发展，设备升级换代速度加快。纯粹购置新型设备固然可以，但是投资过大，且对本科教学意义不是很大。因此，在测量及教学过程中，我们应合理使用相关设备，并在其基础上进行简单改造，使其更便于操作，提高效率。本文以大型工具显微镜测量为例，采用现代光机电一体化手段对该设备进行改造。经过改造后的设备，便于现场使用，可提高测量效率[1-3]。

2. 大型工具显微镜

大型工具显微镜是一种多用途计量仪器，可以做以下多项测定：？（1） 测量长度，？（2） 测量角度，？（3） 测量螺纹，？（4） 检定形状，（5） 使用光学定位器测量内孔和各种槽的宽度；？（6） 使用双像目镜测量两孔间中心距离等；？（7） 使用圆弧轮廓目镜测量圆弧尺寸。大型工具显微镜的外形如图1所示。

图1 大型工具显微镜

如图1所示，在大型工具显微镜上，1是目镜，2是读数显微镜，3是物镜，4是玻璃载物台，5是横向手轮，6是圆工作台手轮，7是纵向手轮。仪器的基本原理是利用光线透射后反射，照亮被测工件的外形轮廓；该轮廓经显微镜的物镜放大，成像在目镜米字线分划板上。该测量方式属于非接触测量。在大型工具显微镜上，可通过转动手轮5和7使得工作台4在两个X、Y互相垂直的方向上移动。针对某些测量对象，为了扩大仪器测量范围，可以在测微鼓端头与工作台之间可放入量块。放入量块之后，纵向测量范围可增大至0-150 mm ，横向则可增至0-50 mm 。通过旋转手轮6，可使圆工作台在水平面内旋转，转动的角度则可由工作台的圆周刻度及游标读出。同时，显微镜上附有可更换的目镜头，图1所示目镜1放大10倍。另外，物镜3的放大倍数有1、1.5、3和5倍四种，因此总放大倍数为10、15、30和50倍[4-5]。

3. 图像采集方法

在传统的测量过程中，基本是采用手动来操作大型工具显微镜。首先通过目镜观察被测物件影像，通过转动工作台的手轮使仪器对准被测对象，然后在手轮上及读数显微镜中读取并记录数据，进行数据处理。由于采用手工操作，目视读数，实验误差较难控制。同时经过长时间的实验，易引起视觉疲劳，在发生狭小的目镜里面经常发生找不到测量线，从而导致测量无法继续下去。

针对上述问题，将现代的光机电一体化技术应用于传统大型工具显微镜，采用图像采集系统将目镜及读数显微镜的图像采集出来，并在终端显示。图像采集部分流程如图2所示。通过工业摄像头将目镜及读数显微镜的图像进行采集，然后通过视频转换器送至终端显示。其中，若采用图像采集卡做为中间转换装置，则需要电脑主机及采集卡进行视频采集。如果使用视频转换器，则可以直接将图像输入终端进行显示。通过观察放大了的图像，便于实验人员观察及测量。

图2 图像采集流程图

4. 结论

由于传统大型工具显微镜相对陈旧，使得测量过程相对复杂，不便于演示和测量。为提高测量效率，以大型工具显微镜测量为例，给出其图像采集方法。使用经改造的设备进行测量，可提高测量效率。

参考文献

[1]景晖 等，基于光机电一体化技术的螺纹测量实验教学改革[J]. 桂林电子科技大学学报，V29，N4，2009，341-343

[2]李柱 等，互换性与测量技术[M]. 高等教育出版社，2005

[3]骆永明，大型工具显微镜的数字化技术改造[J]. 测试技术学报，V12，n3，1998，88-92

[4]王春艳，旧式大型工具显微镜数显化[J]. 光学技术，V29，n1，2003，91-93

[5]朱铮涛，基于计算机视觉图像精密测量的关键技术研究[D]. 华南理工大学博士论文，2004