摘要
金刚石滚轮是一种高精密及超硬的砂轮修整工具，广泛应用于成型磨削加工。金刚石滚轮的轮廓精度直接影响被加工砂轮形状的准确性。其超硬特性导致加工难度大、成本高、难以保证加工精度，使得磨削过程中准确测量轮廓精度成为保证质量的关键。工程中轮廓测量精度一般要求在0.005mm以内，然而，大多数现有测量方法无法实现在线高精度测量。本文基于机器视觉对金刚石滚轮轮廓测量方法进行研究，搭建金刚石滚轮轮廓测量系统，以非接触方式高精度测量不同轮廓形状和尺寸的金刚石滚轮轮廓。本文的主要内容包括: (1)综合相关国内外技术成果，以金刚石滚轮为研究对象，针对机器视觉测量技术在金刚石滚轮轮廓测量中存在测量精度不高、在高分辨率下测量范围较小的问题展开研究; (2)针对金刚石滚轮轮廓的测量要求，设计和搭建基于机器视觉的金刚石滚轮轮廓测量平台，分析平台的测试原理，对滚轮测量系统进行校准与相机标定，并计算像素当量。 (3)对轮廓图像进行处理，主要分为3部分，分别是图像预处理、图像拼接和边缘检测。对采集的图像进行ROI区域提取与中值滤波去噪，完成图像预处理。针对滚轮轮廓测量范围和测量精度兼顾的需求，提出一种基于边缘特征的图像配准方法实现图像拼接，获得完整大尺寸轮廓图像。针对金刚石滚轮轮廓的高精度边缘检测要求，本文提出改进Canny-多项式插值的亚像素边缘检测算法，实现亚像素边缘点定位。通过设计实验，验证了本算法相较于传统多项式插值亚像素检测算法。在金刚石滚轮轮廓测量中的适用性和优越性。 (4)对测量数据进行计算、分析，实现对金刚石滚轮的关键参数测量和形状误差评定。本文提出一种迭代逼近最小二乘法，对直线轮廓直接进行迭代逼近;对于圆弧轮廓，先进行极坐标变换，然后进行迭代逼近，剔除瑕疵边缘点。使用迭代与极点搜索法评定直线度误差，并通过仿真验证该算法具有更高的精度和适应性;针对圆度误差评定，提出一种基于自适应区域搜索法的最小区域圆度误差评定方法，并通过仿真实验验证本文方法在评定精度方面有较好提升，并且不会像智能算法一样陷入局部最优解。 (5)利用基于机器视觉的金刚石滚轮轮廓测量方法，对金刚石滚轮轮廓进行静态原位检测和动态在线检测，实验数据表明，在静态原位检测中，该系统的半径测量精度在0.005mm以内，圆度误差测量精度在0.003mm以内，直线度误差测量精度在0.001mm左右。两种检测方法在测量结果中具有一致性，证明了本文方法实现在线检测的可行性和有效性。
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