二次元二維尺寸測量儀影像測量儀的測量誤差分析

傳統(tǒng)的檢測方法具有效率低、精度差、成本高、靈活性不高的缺點。因此，開發(fā)一種效率高，精度高，成本低而且靈活方便的視覺檢測系統(tǒng)成為了迫切期待。影像測量儀是近年來基于計算機視覺檢測技術發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，廣泛應用于機械制造、電子、汽車和航天航空等工業(yè)中。它可以用來進行零部件的尺寸、形狀及其相互位置的在線檢測，還可應用于劃線、定中心孔、光刻集成線路對準等。由于它的通用性強、測量范圍大、精度高、性能好、實時性強、能與柔性制造系統(tǒng)相連接，所以用處相當?shù)膹V泛。

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影像測量儀的組成

影像測量是將被測對象的圖像當作檢測和傳遞信息的測量方法，其目的是從圖像中提取有用的信號，而基于圖像分析、識別來進行測量。圖像是指對物體的發(fā)光以及反射光的視覺印象，因為計算機只能處理數(shù)字信息，所以圖像并不能直接由計算機進行處理，一幅圖像在用計算機進行處理之前必須先轉化為數(shù)字形式，成為數(shù)字圖像，即進行圖像的數(shù)字化。因此，一個典型的圖像測量系統(tǒng)主要由光源、機臺、CCD攝像機、圖像采集卡、運動控制系統(tǒng)、PC機6個部分組成，如圖1所示。通過各個部分的組合來完成各種不同環(huán)境高精密影像檢測任務。

 

影像測量儀的測量過程如圖2所示。首先將待測工件放于工作臺上，啟動運動控制程序通過運動控制卡來控制X、Y、Z三軸的運動使得它們達到合適的位置，并使待測工件的圖像能夠清晰的呈現(xiàn)到CCD中，CCD把獲得的光信號轉變成為電信號，然后通過圖像采集卡把被測物體的圖像采集到PC機里。然后通過圖像處理技術，空間幾何運算，運動控制以及對光柵數(shù)據(jù)的采集與運算來獲得被測物體的幾何尺寸和對要檢測物理量的檢測，最后通過測量軟件完成測量工作，得到所想要得到的參數(shù)，完成測量工作。

 

 

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測量誤差分析：

影像測量儀的測量誤差是指影像測量儀本身所固有的誤差。造成儀器的誤差是多方面的，在儀器的設計、制造和使用的各個階段都可能產(chǎn)生誤差，分別稱為測量儀的原理誤差、制造誤差、運行誤差。

2.1  原理誤差

屬于影像測量儀的原理誤差的是：CCD攝像頭畸變產(chǎn)生的誤差、測量方法不同而產(chǎn)生的誤差。攝像機的制造和工藝等原因，入射光線在通過各個透鏡時的折射誤差和CD點陣位置誤差等，光學系統(tǒng)存在著非線性的幾何失真，使得目標像點與理論像點之間存在多種類型的幾何畸變：徑向畸變、偏心畸變、薄棱鏡畸變等，并且徑向畸變較大，切向畸變和薄棱鏡畸變較小，且圖像中心區(qū)域畸變很小，邊緣畸變大。使用高質(zhì)量鏡頭可以減少畸變誤差的影響，但在精密測量中需要考慮到畸變的影響 對測量結果進行修正。測量方法不同而產(chǎn)生的誤差主要指不同圖像處理技術帶來的識別、量化誤差。圖像的邊緣是圖像的基本特征，是物體的輪廓或物體不同表面之間的交界在圖像中的反映。邊緣輪廓是人類識別物體形狀的重要因素，也是圖像處理中重要的處理對象。在圖像處理的過程中需要進行邊緣提取，而數(shù)字圖像處理技術中邊緣提取有很多不同的方法，選用不同的提取方法，會對同一個被測件的邊緣位置產(chǎn)生不小的變化，因此會對最后的測量結果產(chǎn)生影響，如測量某一圓形工件的半徑和圓心的時候，當圓的輪廓發(fā)生變化時，它的半徑值和圓心位置就會相應的發(fā)生變化。由此可知，在圖像處理的過程中圖像處理算法對儀器的測量精度有著十分重要的影響，是影像測量所關注的焦點問題。
2.2 制造誤差屬于影像測量儀的制造誤差的是：導向機構產(chǎn)生的誤差、安裝誤差等。導向機構產(chǎn)生的誤差對影像測量儀來說主要是機構誤差中的直線運動定位誤差。影像測量儀是正交坐標系測量儀器。正交坐標系測量儀有3根相互垂直的軸線即X、Y、Z三軸，有3個運動部件沿這三根軸線運動，使CCD相對于被測工件作三維直線運動。選用高質(zhì)量的運動導向機構可以減少此類誤差的影響。安裝誤差則主要在于攝像機與工作臺面之間的相對關系，如圖3所示。當測量平臺與CCD攝像機的鏡頭呈現(xiàn)出一定的角度H時，根據(jù)幾何學的知識可以得到誤差計算式如下：D =L(1- cosH)

 

如果影像測量儀的測量平臺水平性能以及CCD攝像機的安裝十分出色，它們之間的夾角都在范圍以內(nèi)，此誤差非常小。
2.3 ：運行誤差

屬于影像測量儀運行誤差的是：測量環(huán)境和條件變化引起的誤差（如溫度變化、電壓波動、照明條件變化、機構磨損等），以及動態(tài)誤差。由于溫度的改變，使得影像測量儀的零部件尺寸、形狀、相互位置關系以及一些重要的特性參數(shù)發(fā)生變化，從而影響這臺儀器的精度。溫度的變化還可能引起電器參數(shù)的改變以及儀器特性的改變，引起溫度靈敏度漂移和溫度零點漂移。電壓及照明條件的變化會影響到影像測量儀的上，下光源燈的亮度，造成系統(tǒng)光照不均從而使得在采集圖像邊緣留下陰影造成的圖像邊緣提取誤差。磨損使影像測量儀的零件產(chǎn)生尺寸、形狀、位置誤差，配合間隙增加，降低此儀器的工作精度的穩(wěn)定性。因此，測量運行條件的改善可以有效地減少此類誤差的影響。