二维图像测量机系统的研究

　　1　引　　言

　　传统二维坐标测量系统,如万能工具显微镜,具有精度高、抗干扰能力强、长期稳定性好等优点,但这类仪器的缺点是读数过程繁琐、测量时间长、人员主观误差相对较大、自动化程度低等。特别是要对工件进行手动调焦及瞄准,其调节过程长,瞄准的精度受人员主观的影响较大。现代化的数字测量仪器,虽具有测量精度高、量程大、读数方便、易于微机化等优点。但也存在一些缺点,例如,光栅式万能工具显微镜,采用光栅系统实现了位移测量数据的自动采集,提高了系统的自动化程度,但系统要求光栅的移动速度不宜太快,并且在刚开始移动光栅时,加速度不能过大,否则将产生丢数的现象。另外,系统的调焦仍采用手动方式,瞄准部分仍采用原来光学瞄准的方法,瞄准速度与精度仍未得到提高。

　　因此,现有的二维坐标测量系统中,仍存在测量精度、测量速度、调焦瞄准方法陈旧等问题。因此,设计一种新型二维坐标测量系统,解决现有二维坐标测量系统所存在的问题,将是一个很有实际意义的课题。

　　本文基于CCD图像技术,提出一种新的二维坐标测量系统,该系统与传统二维坐标测量系统相比,具有如下特点:①系统导轨的移动速度不影响位移测量精度;②保持原有二维坐标测量系统中绝对码坐标测量的优点;③能实现测量数据的自动采集、自动处理;④既能适用于现有绝对码光学仪器的改制,又是一种新型光学仪器;⑤对于调焦、瞄准系统,实现自动调焦与瞄准,从而减小人员误差,减轻劳动强度,又能提高系统的瞄准精度及自动化程度。下面说明新系统的结构及原理。

　　2　二维图像测量机系统的结构及原理

　　2.1　系统总体结构及原理

　　新系统主要由图像式位移测量系统、图像式自动调焦、瞄准系统及相应的机械结构组成,其结构如图1所示。[1]其基本工作原理是:利用两个CCD摄像机分别拾取纵、横向光学标尺的位置信息,并利用图像卡与计算机相连,通过图像处理技术确定两个方向的坐标值;瞄准系统采用—CCD摄像机接收经光学系统成像的被测件的轮廓,也通过图像卡与计算机相连,这样,一方面可以通过图像处理办法提取工件的离焦信息,利用步进电机及一定的传动机构驱动光学系统及摄像机上下移动,实现瞄准系统的自动调焦,另一方面,有关工件轮廓的位置信息也送入了计算机,通过一定的算法,即可确定被瞄准轮廓位置,综合位移测量结果及瞄准结果,即得到被测尺寸或坐标。

　　二维图像测量机系统的最主要的两个组成部分是图像式绝对码位移测量系统及图像式自动调焦、瞄准系统,下面分别讨论这两套系统原理及结构的确定。