Research on straightness error measurement of part axis based on machine vision

ZHANG Wei; HAN Zong-wang; CHENG Xiang; RONG Wei-bin; ZHENG Hong-yu

doi:10.37188/OPE.20212909.2168

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Research on straightness error measurement of part axis based on machine vision

Micro\/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2026-09-12

- Research on straightness error measurement of part axis based on machine vision
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 9, Pages: 2168-2177(2021)
- 作者机构：
  
  1.山东理工大学机械工程学院，山东淄博 255000
  2.哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212909.2168
  CLC： TH74
- Received：22 February 2021，
  
  Revised：2021-03-03，
  
  Published：15 September 2021
- 稿件说明：
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张伟,韩宗旺,程祥等.基于机器视觉零件轴线直线度误差测量的研究[J].光学精密工程,2021,29(09):2168-2177.

ZHANG Wei,HAN Zong-wang,CHENG Xiang,et al.Research on straightness error measurement of part axis based on machine vision[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(09):2168-2177.
张伟,韩宗旺,程祥等.基于机器视觉零件轴线直线度误差测量的研究[J].光学精密工程,2021,29(09):2168-2177. DOI： 10.37188/OPE.20212909.2168.

ZHANG Wei,HAN Zong-wang,CHENG Xiang,et al.Research on straightness error measurement of part axis based on machine vision[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(09):2168-2177. DOI： 10.37188/OPE.20212909.2168.

摘要

轴类零件的直线度误差是判断其是否合格的一个重要标准。针对接触测量轴零件直线度误差效率低、精度不高等问题，设计一个针对小型轴类零件直线度误差测量的平台；采用一种基于自适应阈值的八邻域空心梯度加权的清晰度评价函数用于相机自动对焦，经图像预处理、形态学操作、亚像素级边缘坐标提取后，通过径向局部区域搜索的方法得到零件中心轴线；提出基于最小区域的大变异双切点交叉遗传算法来评定零件中心轴线的直线度误差；采用图像用户界面集成评定算法。结果表明文中方法评定误差优于最小二乘法、分割逼近法和最小区域法，与文献中算法的评定结果基本一致。最后与三坐标测量仪测量结果进行对比，其中94%以上的测量结果相差10 μm以内，因而本检测系统能够用于小型轴类零件轴线的直线度误差的测量中。

Abstract

Straightness of shaft parts is an important criterion to judge whether a part passes quality control. To solve the problems of low efficiency and insufficient accuracy of traditional methods for measuring straightness， a platform for measuring the straightness of short shaft parts has been developed. A sharpness function based on eight neighborhood hollow gradient weighting is proposed for achieving autofocus. Using image preprocessing， morphological operations， and sub-pixel edge coordinate extraction， the central axis of each part is obtained using the radial local area search method. Next， a large-variation double-tangent cross genetic algorithm based on the minimum region method is proposed for measuring the straightness of the central axis. Four algorithms are integrated by the graphical user interface. Evaluation error using this algorithm is less than that obtained using the least squares method， the segmentation approximation method， or the minimum area method， consistent with the literature reports of results obtained using this algorithm. Finally more than 94% of the results are within 10 μm of the results obtained using a 3-axis measuring machine. This system can thus be used to measure the straightness error of short shaft parts.

关键词

Keywords

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雷红胜 . 基于机器视觉的零件尺寸测量及加工精度分析［D］. 南昌：南昌航空大学， 2014 .

LEI H S . The Part Size of Measurement And Processing Preciesion Analysis Based on Machine Vision ［D］. Nanchang ： Nanchang Hangkong University ， 2014 . （in Chinese）

ZATOČILOVÁ A ， PALOUŠEK D ， BRANDEJS J . Image-based measurement of the dimensions and of the axis straightness of hot forgings ［J］. Measurement ， 2016 ， 94 ： 254 - 264 . doi: 10.1016/j.measurement.2016.07.066 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2016.07.066

LU R S ， LI Y F ， YU Q . On-line measurement of the straightness of seamless steel pipes using machine vision technique ［J］. Sensors and Actuators A： Physical ， 2001 ， 94 （ 1/2 ）： 95 - 101 . doi: 10.1016/s0924-4247(01)00683-5 http://dx.doi.org/10.1016/s0924-4247(01)00683-5

李芳婷 . 轴类零件直线度误差的图像测量研究［D］. 长春：吉林大学， 2007 . doi: 10.28920/dhm50.3.303-305 http://dx.doi.org/10.28920/dhm50.3.303-305

LI F T . Research on the Straightness Detection of Axis Parts with Image Measurement ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2007 . （in Chinese） . doi: 10.28920/dhm50.3.303-305 http://dx.doi.org/10.28920/dhm50.3.303-305

张云辉 . 轴类零件形状误差的图像测量［D］. 长春：吉林大学， 2010 . doi: 10.26420/austinhepatol.2021.1016 http://dx.doi.org/10.26420/austinhepatol.2021.1016

ZHANG Y H . Shape-error Image Measurement for Shaft Parts ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2010 . （in Chinese） . doi: 10.26420/austinhepatol.2021.1016 http://dx.doi.org/10.26420/austinhepatol.2021.1016

XIAO G F ， LI Y T ， XIA Q X ， et al . Research on the on-line dimensional accuracy measurement method of conical spun workpieces based on machine vision technology ［J］. Measurement ， 2019 ， 148 ： 106881 . doi: 10.1016/j.measurement.2019.106881 http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2019.106881

王营营 . 基于机器视觉的曲轴轴颈轴线直线度误差检测［D］. 太原：太原科技大学， 2015 . doi: 10.34259/ijew.20.706247252 http://dx.doi.org/10.34259/ijew.20.706247252

WANG Y Y . Straightness Error Detection of Crankshaft Journal Axis Based on Machine Vision ［D］. Taiyuan ： Taiyuan University of Science and Technology ， 2015 . （in Chinese） . doi: 10.34259/ijew.20.706247252 http://dx.doi.org/10.34259/ijew.20.706247252

PATWARI M A U . Measuring the circularity and straightness of a pipe by vision technology ［J］. International Journal of Engineering ， 2013 ， 12 （ 05 ）： 11 - 15 .

张伟，王乐锋，荣伟彬，等 . 保偏光纤对轴中的同轴度调节［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 1 ）： 125 - 131 . doi: 10.3788/OPE.20142201.0125 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142201.0125

ZHANG W ， WANG L F ， RONG W B ， et al . Coaxial adjustment in PMF alignments ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2014 ， 22 （ 1 ）： 125 - 131 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20142201.0125 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142201.0125

项魁，高健 . 自动对焦过程中图像清晰度评价算法研究［J］. 组合机床与自动化加工技术， 2019 （ 1 ）： 52 - 55 .

XIANG K ， GAO J . Research on the image definition evaluation algorithm in autofocus process ［J］. Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique ， 2019 （ 1 ）： 52 - 55 . （in Chinese）

蒋婷，谭跃刚，刘泉 . 基于SOBEL算子的图像清晰度评价函数研究［J］. 计算机与数字工程， 2008 ， 36 （ 8 ）： 129 - 131， 191 . doi: 10.3969/j.issn.1672-9722.2008.08.038 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-9722.2008.08.038

JIANG T ， TAN Y G ， LIU Q . Research of a clarity-evaluation function of image based on sobel ［J］. Computer & Digital Engineering ， 2008 ， 36 （ 8 ）： 129 - 131， 191 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-9722.2008.08.038 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-9722.2008.08.038

YE J ， FU G K ， POUDEL U P . High-accuracy edge detection with Blurred Edge Model ［J］. Image and Vision Computing ， 2005 ， 23 （ 5 ）： 453 - 467 . doi: 10.1016/j.imavis.2004.07.007 http://dx.doi.org/10.1016/j.imavis.2004.07.007

吴一全，邹宇，刘忠林 . 基于Franklin矩的亚像素级图像边缘检测算法［J］. 仪器仪表学报， 2019 ， 40 （ 5 ）： 221 - 229 .

WU Y Q ， ZOU Y ， LIU ZH L . Sub-pixel level image edge detection algorithm based on Franklin moments ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 221 - 229 . （in Chinese）

殷炜棋 . 轴类零件尺寸的视觉测量技术研究［D］. 长春：吉林大学， 2017 .

YIN W Q . Research on Vision Measuring Technology of Shaft Diameters ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2017 . （in Chinese）

王爱珍 . 基于机器视觉的低对比度物体二维尺寸测量方法的研究［D］. 西安：西安理工大学， 2019 . doi: 10.1109/ccdc.2019.8833232 http://dx.doi.org/10.1109/ccdc.2019.8833232

WANG A Z . Research on Two-dimensional Measurement Method of Low Contrast Object Based on Machine Vision ［D］. Xi'an ： Xi'an University of Technology ， 2019 . （in Chinese） . doi: 10.1109/ccdc.2019.8833232 http://dx.doi.org/10.1109/ccdc.2019.8833232

李晓，包建东 . 深孔轴线直线度误差评定方法［J］. 测试技术学报， 2018 ， 32 （ 5 ）： 411 - 415 . doi: 10.3969/j.issn.1671-7449.2018.05.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-7449.2018.05.008

LI X ， BAO J D . Evaluation method for the straightness error of deep-hole axis ［J］. Journal of Test and Measurement Technology ， 2018 ， 32 （ 5 ）： 411 - 415 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-7449.2018.05.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-7449.2018.05.008

黄富贵，崔长彩 . 评定直线度误差的最小二乘法与最小包容区域法精度之比较［J］. 光学精密工程， 2007 ， 15 （ 6 ）： 889 - 893 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2007.06.015 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2007.06.015

HUANG F G ， CUI CH C . Comparison of evaluating precision of straightness error between least square method and least envelope zone method ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2007 ， 15 （ 6 ）： 889 - 893 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2007.06.015 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2007.06.015

王伯平，孙大刚，孔令德，等 . 基于遗传算法的直线度误差的测量［J］. 计量学报， 2004 （ 1 ）： 16 - 18 . doi: 10.3321/j.issn:1000-1158.2004.01.004 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-1158.2004.01.004

WANG B P ， SUN D G ， KONG L D ， et al . A calculating method of straightness error based on genetic algorithms ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2004 （ 1 ）： 16 - 18 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-1158.2004.01.004 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-1158.2004.01.004

罗钧，麻锦侠，刘学明，等 . 三维坐标点集的空间直线度高精度快速评定［J］. 上海交通大学学报， 2016 ， 50 （ 5 ）： 730 - 735 . doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.05.013 http://dx.doi.org/10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.05.013

LUO J ， MA J X ， LIU X M ， et al . High-precision and fast evaluation of spatial straightness error of 3D coordinate point set ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2016 ， 50 （ 5 ）： 730 - 735 . （in Chinese） . doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.05.013 http://dx.doi.org/10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.05.013

陈晖，刘志兵，王西彬 . 旋转投影法评定孔类零件轴线直线度误差［J］. 哈尔滨工业大学学报， 2020 ， 52 （ 7 ）： 147 - 152 . doi: 10.11918/201910044 http://dx.doi.org/10.11918/201910044

CHEN H ， LIU ZH B ， WANG X B . Evaluation of axis straightness error of hole parts by rotating projection method ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2020 ， 52 （ 7 ）： 147 - 152 . （in Chinese） . doi: 10.11918/201910044 http://dx.doi.org/10.11918/201910044

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