影像测量仪的测量误差研究

　　传统和现代的检测方法具有效率低、精度差、成本高、灵活性不高的缺点。因此,开发一种效率高,精度高,成本低而且灵活方便的视觉检测系统成为了迫切期待。影像测量仪是近年来基于计算机视觉检测技术发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器,广泛应用于机械制造、电子、汽车和航天航空等工业中。它可以用来进行零部件的尺寸、形状及其相互位置的在线检测,还可应用于划线、定中心孔、光刻集成线路对准等[1-3]。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、性能好、实时性强、能与柔性制造系统相连接,所以用处相当的广泛[4-5]。考虑到测量误差的多源性,作者对影像测量仪的主要误差来源进行了分析,并采用标准齿轮测定了自制影像测量仪的测量误差。结果表明:该测量仪的误差在齿轮标准的误差范围内,符合测量结果要求,也证明了误差分析的正确性。

　　1　影像测量仪

　　影像测量是将被测对象的图像当作检测和传递信息的测量方法,其目的是从图像中提取有用的信号,而基于图像分析、识别来进行测量。图像是指对物体的发光以及反射光的视觉印象[5]。因为计算机只能处理数字信息,所以图像并不能直接由计算机进行处理,一幅图像在用计算机进行处理之前必须先转化为数字形式,成为数字图像,即进行图像的数字化。因此,一个典型的图像测量系统主要由光源、机台、CCD摄像机、图像采集卡、运动控制系统、PC机6个部分组成,如图1所示。通过各个部分的组合来完成各种不同环境高精密影像检测任务。

　　影像测量仪的测量过程如图2所示。首先将待测工件放于工作台上,启动运动控制程序通过运动控制卡来控制X、Y、Z三轴的运动使得它们达到合适的位置,并使待测工件的图像能够清晰的呈现到CCD中, CCD把获得的光信号转变成为电信号,然后通过图像采集卡把被测物体的图像采集到PC机里。然后通过图像处理技术,空间几何运算,运动控制以及对光栅数据的采集与运算来获得被测物体的几何尺寸和对要检测物理量的检测,最后通过测量软件完成测量工作,得到所想要得到的参数,完成测量工作。

　　2　测量误差分析

　　影像测量仪的测量误差是指影像测量仪本身所固有的误差。造成仪器的误差是多方面的,在仪器的设计、制造和使用的各个阶段都可能产生误差,分别称为测量仪的原理误差、制造误差、运行误差。

　　2·1　原理误差

　　属于影像测量仪的原理误差的是: CCD摄像头畸变产生的误差、测量方法不同而产生的误差。摄像机的制造和工艺等原因,入射光线在通过各个透镜时的折射误差和CCD点阵位置误差等,光学系统存在着非线性的几何失真,使得目标像点与理论像点之间存在多种类型的几何畸变:径向畸变、偏心畸变、薄棱镜畸变等[6]。并且径向畸变较大,切向畸变和薄棱镜畸变较小,且图像中心区域畸变很小,边缘畸变大[4-5]。