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对于图像测量仪的测量误差分析,来关注了解一下

2021.12.24
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对于图像测量仪的测量误差分析,来关注了解一下

图像测量仪是近年来基于计算机视觉检测技术的新型*精密测量仪,广泛应用于机械制造、电子、汽车、航空航天等行业。可用于在线检测元件的尺寸、形状和相互位置,以及光刻集成电路的划线、定心孔、对准等。由于其通用性强、测量范围大、精度高、性能好、实时性强,并能与柔性制造系统连接,所以得到了广泛的应用。

1.图像测量仪的组成

图像测量是将被测物体的图像视为检测和信息传输的测量方法。其目的是从图像中提取有用的信号,并基于图像分析和识别对其进行测量。图像是指物体发光和反射光的视觉印象。由于计算机只能处理数字信息,图像不能直接由计算机处理。在被计算机处理之前,图像必须被转换成数字图像,也就是数字化。因此,一个典型的图像测量系统主要由六部分组成:光源、机器、CCD摄像头、图像采集卡、运动控制系统和PC,如下图所示。通过各部分的组合,可以完成不同环境下的高精度图像检测任务。

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图像测量仪的测量过程如下图所示。首先将待测工件放在工作台上,启动运动控制程序,通过运动控制卡控制X、Y、Z轴的运动,使其到达合适的位置,将待测工件的图像清晰地呈现在CCD上。电荷耦合器件将获得的光信号转换成电信号,然后通过图像采集卡将待测物体的图像采集到PC机上。然后通过图像处理技术、空间几何运算、运动控制和光栅数据采集运算,得到被测物体的几何尺寸和待测物理量的检测。*后由测量软件完成测量工作,获得所需参数完成测量工作。

图像测量过程

2.测量误差分析:

图像测量仪的测量误差是指图像测量仪本身的固有误差。仪器引起的误差很多,在仪器的设计、制造和使用的各个阶段都可能出现误差,分别称为测量仪器的原理误差、制造误差和操作误差。

2.1原理错误

图像测量仪的原理误差有:CCD摄像机畸变引起的误差和不同测量方法引起的误差。相机的制造和工艺,入射光通过各个镜头时的折射误差和光盘点阵的位置误差等。,光学系统存在非线性几何畸变,使得目标像点与理论像点之间存在多种类型的几何畸变,如径向畸变、偏心畸变、薄棱镜畸变等。径向畸变大,切向畸变和薄棱镜畸变小,图像中心区域畸变小,边缘畸变大。使用高质量的镜头可以减少畸变误差的影响,但在精密测量中需要考虑畸变的影响来校正测量结果。

不同测量方法引起的误差主要是指不同图像处理技术引起的识别和量化误差。图像的边缘是图像的基本特征,是物体轮廓或物体不同表面之间的界面在图像中的反映。边缘轮廓是人类识别物体形状的重要因素,也是图像处理中的重要处理对象。在图像处理过程中,需要进行边缘提取,在数字图像处理技术中有许多不同的边缘提取方法。选择不同的提取方法* *会极大地改变同一被测件的边缘位置,因此会对*终的测量结果产生影响。例如,测量圆形工件的半径和中心时,当圆的轮廓改变时,其半径值和中心位置也会相应改变。因此,在图像处理过程中,图像处理算法对仪器的测量精度有着非常重要的影响,是图像测量的重点。

2.2制造误差

图像测量仪的制造误差有:导向机构引起的误差、安装误差等。导向机构引起的误差主要是图像测量仪机构误差中的直线运动定位误差。图像测量仪是一种正交坐标测量仪。正交坐标系测量仪有三个相互垂直的轴,即X轴、Y轴和Z轴,三个运动部件沿着这三个轴运动,使CCD相对于被测工件做三维直线运动。选择高质量的运动导向机构可以减少这种误差的影响。安装误差主要在于摄像头与工作台的相对关系,如图3所示。当测量平台与CCD相机的镜头呈一定角度h时,根据几何知识可以得到误差公式如下:

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D =L(1- cosH)

摄像机安装错误示意图

如果图像测量仪的测量平台水平性能和CCD摄像头的安装都很出色,那么它们之间的夹角在范围之内,误差很小。

2.3操作错误

图像测量仪器的操作误差有:测量环境和条件变化(如温度变化、电压波动、光照条件变化、机构磨损等)引起的误差。),以及动态错误。由于温度的变化,图像测量仪各部件的尺寸、形状、相互位置以及一些重要的特征参数都发生了变化,从而影响了该仪器的精度。温度变化也可能导致电气参数和仪器特性的变化,导致温度灵敏度漂移和温度零点漂移。并且电压和光照条件的变化会影响图像测量仪上下光源灯的亮度,导致系统光照不均匀,从而在采集的图像边缘留下阴影,造成图像边缘提取错误。磨损会导致图像测量仪零件的尺寸、形状和位置出现误差,增加配合间隙,降低该仪器工作精度的稳定性。因此,测量操作条件的改善可以有效降低这种误差的影响。


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