基于CCD测量的万能工具显微镜

　　1　引　言

　　随着科学技术的飞速发展,加工精确度不断提高,加工对象也不断变化,从而对几何量测量提出了越来越高的要求.而且高精确度零件尺寸的测量也一直是工业生产和科学研究的重要部分[1].万能工具显微镜作为传统的二维坐标测量系统,在几何量测量中应用广泛.但该设备在实际使用中,测量人员必须用肉眼通过物镜观察,利用测微目镜对线读数,因而存在人为误差,并且劳动强度大,难以适应现代化生产的要求.本文采用CCD器件和图像测量技术,在原有万工显的基础上构建了一种新的基于图像的二维测量系统,可有效解决上述问题.

　　本实验装置满足测量速度快、准确度高、非接触式自动测量的要求.可以运用图像处理的方式提高

　　测量准确度,减少了操作人员的读数误差.在机械加工行业中,对于实现零件尺寸的自动测量及零件尺寸的快速高精确度测量和分选;减少测量过程中所带来的人为误差;提高经济效益;减轻以至解除工人繁重的检测工作量等都具有重要意义.

　　2　测量系统的组成

　　本实验装置是把原来万能工具显微镜的目镜换成光学CCD摄像器件.系统主要由三部分组成:万能工具显微镜; CCD摄像器件;计算机.如图1所示.万能工具显微镜的照明系统照射到被测量工件,经过万能工具显微镜的光学成像系统,由CCD摄像器件采集图像,将获得的图像数据送入计算机,在编制的软件中进行图像处理、边缘检测和相关计算,最后计算出物体的尺寸.

　　3　边缘检测

　　零件尺寸非接触测量中,边缘对准准确度是光学CCD非接触测量仪的核心技术之一.因此,在非接触测量中研究图像边缘定位是非常有意义的.本实验装置主要是对工件进行二维尺寸测量.因此,对工件的边缘检测是关键步骤.图像边缘定位是通过对图像的采集,滤波,识别,精确定位来实现的.

　　3·1　图像预处理

　　图像采集过程中不可避免地存在干扰,在图像的边缘过渡区域尤为明显.因此,必须首先对含有噪声的图像进行预处理来最小化地消减噪声.在考虑保护边缘的前提下,考虑了各种滤波的优缺点.本文采用一种保护边缘的平滑方法———Lee滤波.图2、图3所示为Lee滤波处理前后的图像.

　　3·2　阈值选择

　　通过CCD所获得的图像是灰度图像,而我们想知道的仅仅是边缘,同时为了减少计算量,考虑把获得的灰度图像处理成二值图像.为了能够充分分割前景和背景以获得精确的边缘定位,需要考虑阈值选择问题.由于本实验装置要实现的是边缘自动检测和显示,因此要实现的是自适应阈值.下面是几种典型的自适应阈值法.