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自動影像測量儀器的測量原理及誤差分析

更新時(shí)間:2021-08-31點(diǎn)擊次數(shù):1205

自動影像測量儀是近年來發(fā)展最為迅速的幾何量光學(xué)檢測儀器,它是一種基于光學(xué)投影原理,結(jié)合現(xiàn)代光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù),完成對試件邊緣輪廓瞄準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)長度和高度尺寸測量的三維光學(xué)坐標(biāo)測量儀。該儀器可以高效地檢測各種形狀復(fù)雜工件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置,特別是精密零部件的微觀檢測與質(zhì)量控制,適用于產(chǎn)品研制開發(fā)、品質(zhì)批量檢測等領(lǐng)域。

1、自動影像測量儀的結(jié)構(gòu)組成及光學(xué)原理特點(diǎn)

自動影像測量儀一般由機(jī)械、光學(xué)、圖像采集、計(jì)算機(jī)處理和測量軟件等六部分組成。自動影像測量儀的光學(xué)原理與普通投影儀很類似,區(qū)別在于影像前者被測件的輪廓影像被CCD傳感器接收并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像采集和處理,后者則直接把影像投射到投影觀測屏,輪廓對準(zhǔn)有操作者的人眼完成,因而導(dǎo)致兩者測量精度和自動化程度相差很大,另外還有高度測量的功能。

自動影像測量儀一般具有較大的測量范圍,通常配備有變焦物鏡,照明光源除了常見的底光和頂光外,還有環(huán)形照明光,適合于底光和頂光都不能有效照明時(shí)應(yīng)用。

2、自動影像測量儀的誤差來源

自動影像測量儀的測量可以是單軸、二維平面的測量,也可以是三維空間坐標(biāo)的測量,測量時(shí)先對焦,取點(diǎn),最后計(jì)算處理。讀數(shù)來自于標(biāo)尺即光柵系統(tǒng),對焦對準(zhǔn)依靠光學(xué)系統(tǒng),還有一個(gè)直接影響測量效果和精度的照明光源, 因?yàn)椋?基于影像方法測量的儀器,如果被測件不能被有效正確的照明,則測量的結(jié)果顯然要偏離其真實(shí)尺寸。除前述因素外,環(huán)境條件也是制約測量精度不可忽視的因素?;谏鲜龇治?,可以歸納出以下幾個(gè)方面的誤差來源:

1)光柵計(jì)數(shù)尺的誤差;

3)工作臺兩測量軸垂直度帶來的誤差;

4)顯微鏡光軸與工作臺面不垂直帶來的誤差;

6)光源照明條件的變化帶來的對焦和對準(zhǔn)誤差;

2)工作臺移動時(shí)存在的直線度、角擺帶來的誤差;

5)測量室溫度偏離校準(zhǔn)要求的參考溫度帶來的誤差;

在這幾種因素中,前四項(xiàng)誤差,是硬件誤差,在儀器制造過程中已經(jīng)形成并固定下來,一般無法改變;溫度影響帶來的誤差,必須通過控制測量室的溫度和等溫過程來減小其影響。

最后一項(xiàng)則常被忽視,而在實(shí)際測量中,當(dāng)光源照明條件改變時(shí),直接影響被測工件的照明效果和影像質(zhì)量,主要是因?yàn)樽詣佑跋駵y量儀的圖像是通過CCD 接收,盡管CCD具有自動調(diào)節(jié)增益的功能,但當(dāng)亮度過大時(shí)即失去調(diào)節(jié)功能,導(dǎo)致被測工件影像在縮小,當(dāng)亮度過低時(shí),工件影像反而變大。

這種影響,對于測量具有重復(fù)圖形結(jié)構(gòu)之間的間距時(shí),只要整個(gè)測量過程中照明條件保持不變,其影響可以忽略,因?yàn)槊總€(gè)重復(fù)圖形結(jié)構(gòu)都同時(shí)在變大或變小,間距的測量計(jì)算直接消除了影像變形的影響,如測量玻璃尺、網(wǎng)格板刻線間距;除了這種特殊情形外,如測量圓的直徑、工件的長度和寬度,都將帶來明顯的誤差。

在以影像測量工件樣品結(jié)構(gòu)的幾何尺寸時(shí),光照明條件的改變將會直接影像被測尺寸,如線寬、圓直徑及其他幾何形位公差,因次要確保取到的邊界點(diǎn)是產(chǎn)品需要檢測的邊界,在高精度測量中,這是導(dǎo)致測量不確定度增大的關(guān)鍵因素,應(yīng)引起足夠重視。

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