[发明专利]一种基于干涉条纹测量主轴倾角误差的方法

摘要

本发明公开了一种基于干涉条纹测量主轴倾角误差新算法，测试件光学平晶通过专用装夹装置与超精密机床主轴一起回转，固定在型材支架上的动态干涉仪采集待测主轴连续回转时光学平晶表面的干涉条纹，当主轴发生偏摆时造成干涉系统中光程差变化导致干涉条纹间距、倾角、数量发生变化，通过追踪干涉条纹的变化建立与主轴倾角摆动之间的理论关系。然后对干涉条纹进行灰度化、滤波、腐蚀膨胀、边缘特征提取等图像处理得到条纹的间距及方向数值，进而得出主轴倾角误差。本发明能实现机床在加工状态下实时采集干涉条纹并通过图像处理计算出主轴倾角误差。本算法简单易行，克服了利用传感器测量主轴倾角误差时易受电磁干扰的影响，为主轴倾角误差的动态测量提供了一种新思路。

主权项

1.一种基于干涉条纹测量主轴倾角误差的方法，其特征在于，该方法是基于搭建的主轴倾角误差在线测量系统进行的，待测精密机床主轴(5)的上端连接专用夹具(4)，高精度光学平晶(3)置于专用夹具(4)内便于固定与调整，利用动态干涉仪(1)采集主轴连续回转时高精度光学平晶(3)表面的干涉条纹，将动态干涉仪(1)采集的干涉条纹送入计算机(9)进行图像处理计算出条纹的间距及方向，由推导出的算法公式得出主轴倾角误差，从而实现在线测量主轴回转精度；设置干涉仪采集周期为40ms，设置采集图像为M幅，获取主轴在连续回转时光学平晶表面的干涉条纹，通过灰度化、滤波、腐蚀膨胀、边缘特征提取等图像处理得到条纹的间距及方向，计算得出主轴倾角误差；该方法具体步骤为：步骤1，采用中值滤波medfilt2函数抑制图像中的噪声；步骤2，为提高提取干涉条纹边缘的准确性，需对干涉条纹图像进行膨胀、腐蚀处理,采用膨胀三次腐蚀对干涉条纹图像进行处理便于下一步的边缘提取；步骤3，完成对干涉条纹图像膨胀腐蚀处理后，需要将干涉条纹与背景区域分割开来，采用OTSU阈值法自动选取阈值，通过以背景区域与目标区域间的方差为最大值的测量准则来进行设定的由公式可以得出：为使最大求解阈值T，当T为图像阈值化的最佳分割值；步骤4，干涉条纹边缘是所要提取的目标和背景的分界线，采用Canny算子进行干涉条纹边缘提取；步骤5，在Canny算子进行边缘提取后的图像上建立坐标系，任意提取一对相邻干涉条纹等灰度值的像素点坐标计算出该干涉条纹的间距e，然后对同条干涉条纹等灰度值的像素点坐标进行提取计算可得干涉条纹的方向θ，其中步骤6，由已知干涉条纹的间距e和方向θ，根据计算公式代入可得主轴在该位置时绕X、Y轴的倾角α、β即为主轴在该位置时倾角误差，其中