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禄凯带你了解影像测量仪

2020-12-29 18:02:14 昆山禄凯精密仪器有限公司 阅读

生活中我们作为行外人很少听说过影像测量仪,这是用来干嘛的呢?今天禄凯来告诉你:

影像测量仪是一种“基于成像在光电耦合器件上的光学影像系统(简称影像系统),通过光电耦合器件采集,经过软件处理成像,显示在计算机屏幕上,利用测量软件进行几何运算得出最终结果的非接触式测量仪器”。测量软件通过数字图像处理技术提取工件表面的坐标点,再利用坐标变换和数据处理技术转换成坐标测量空间中的各种几何要素,从而得到被测工件几何尺寸和形位公差等参数。

1、影像测量仪发展概述

20世纪70年代后期,尤其是在David Marr教授建立“计算视觉(Computational Vision)"理论框架以来,图像处理技术和图像传感器获得了快速发展。随着坐标测量技术的日趋发展与成熟,在以光学比较为基础的光学测量领域里,坐标测量方法的发展应用有了更进一步的实质性进展。

1977年,美国View Engineering公司发明了世界上第一台由电机驱动XYZ轴的RB-1影像测量系统(见图1),它是一台控制终端整合了视频检测和软件测量的自动影像测量仪。此外,Mechanical Technology公司的Boice Vista系统则充分借鉴了坐标测量机的优势,在坐标测量机的测头上集成了一个视频图像测量系统,该系统可以将测量数据与预先编制好的标称尺寸和公差进行比较。

这两台仪器通过不同途径借鉴了坐标测量机的坐标测量原理,将被测量物体的图像投影到坐标系中。其测量平台继承了坐标测量机的形式,但其测头与光学投影仪相似。这些仪器的出现开辟了一个重要的测量仪器行业,即影像测量仪行业。

上世纪80年代初,影像测量技术有了重要的发展。1981年,ROI公司开发出光学影像探针(见图2),可以替代坐标测量机上的接触式探针进行非接触式测量,从此这个光学配件就成了影像设备的基础部件之一。在80年代中期,市场上又出现了带高放大倍率显微镜目镜的影像测量仪。

进入上世纪90年代,随着CCD技术、计算机技术、数字图像处理技术、LED照明技术、直流/交流伺服驱动技术的发展,影像测量仪产品获得了巨大的发展。更多的厂商进入到影像测量仪产品市场,共同推进了影像测量仪产品的发展。

2000年以后,我国在该领域的技术水平不断提高,有关影像测量技术研究的文献也不断出现;国内企业所开发的影像测量仪在生产规模、品种和质量上也不断有所提升和发展。2009年我国制定了国家标准GB/T24762-2009:产品几何技术规范(GPS)影像测量仪的验收检测和复检检测,它适用于XY平面直角坐标系的影像测量仪,包括在垂直于平面直角坐标系Z方向上具有定位或测量功能的影像测量仪。

2、影像测量仪的评估

(1)外观与结构

精密测量仪器类产品的外观与结构是用户选择的重要依据。好的产品外观与结构,给人以稳重、可靠、精密的感觉,往往是决定一款产品在市场获得成败的重要因素。

目前影像测量仪的结构形式主要有立柱式结构、固定桥式结构与移动桥式结构。立柱式结构和固定桥式结构在小量程的影像测量仪中应用都很广泛,各有优势。移动桥式结构主要用在特大量程的影像测量仪中。立柱式结构的优势在于结构紧凑、占用场地小、装取工件方便;固定桥式结构的特点是产品稳重、大气,但占用场地较大,装取工件不太方便;移动桥式结构则容易实现大量程测量,测量过程中工件固定不动。

(2)光源系统

光源系统在影像测量仪中起着至关重要的作用,直接决定着一台影像仪性能的好坏、功能的强弱。好的光源系统可帮助影像测头获取清晰、锐利、均匀一致的正确图像,确保测量的精度与重复性。为实现对不同材质、不同形状、不同种类的工件提供有效的照明,完成复杂的测量任务,影像测量仪通常都会提供三种照明光源:表面光源、轮廓光源、同轴光源。

表面光源为工件上表面的测量提供照明。好的表面光源,要能提供不同入射角度和不同入射方向的照明,确保不同的工件获得一致的照明效果。轮廓光源为工件外轮廓、通孔等测量提供照明。轮廓光源通常安装在影像测量仪的底座上,在工作时,图像上被工件阻挡部分成像为黑色,无阻挡部分为白色,帮助影像测头获得黑白分明、对比度高、边界清晰的工件图像。在轮廓光源照明下,仪器往往能达到最高的测量精度。

同轴光源沿着镜头光轴方向投射到工件表面,可为工件的高反射率表面和深孔部位的测量提供照明。

(3)多测头集成

影像测头在二维尺寸测量上具备无可比拟的速度优势,但影像测头也有其不擅长的地方,在三维测量中,测量效率不够高、工件侧面特征无法测量等。

由此就出现了多测头集成的需求,综合使用影像测头、接触式测头、激光测头和白光测头等,可针对不同的工件及不同的测量需求,选择最合适的测量方式,以便提供最佳的测量精度以及最好的测量效率。在二维尺寸的大批量检测时,可使用影像测头;在测量复杂工件侧壁,而对效率要求又不高的情况下,可选择接触式测量:在复杂工件的三维测量中,如果对效率要求很高,可使用白光测头或激光测头。

(4)测量性能

精度是测量仪器的根本,精度是用户选择仪器的最重要指标之一。影像测量仪的测量精度主要取决于影像测头的质量、照明光源系统性能、仪器运动及定位精度,数据处理测量软、硬件的质量和水平也是极其重要的影响因素。

作为自动化测量仪器,影像测量仪的测量效率是客户最为看重的要素之一。高测量效率可以减少设备投入、提高生产效率、降低人工费用等。

(5)测量软件功能

影像测量仪的基本测量功能通常包括:点、线、圆、弧等多种基本几何量的测量,在测量方式上,提供多种提取及构建方式;提供多种形状公差和位置公差的测量;提供多种坐标系建立方式;提供手动测量与自动批量测量;批量测量程序可记录测量基元、提取方式、机台操控、光源控制、自动聚焦等过程;可导入导出CAD图纸:测量数据输出到指定格式的报表中。

除了这些基本测量功能外,仪器厂商通常还会提供SPC、图纸比对、离线编程、定制输出报表等扩展功能。部分厂商还会针对特定用户行业的测量需求,开发相应的专用软件或硬件,增加仪器测量功能,如小模数齿轮测量、试验筛校准等。

(6)其他方面

产品易用性、对环境的适应性、操作界面是否人性化等方面,也是判别仪器性能的重要因素。是否能方便建立测量任务、制定及输出报表、机台操控等,影响用户对仪器的接受程度。

仪器的长期稳定性,测量方案的提供,客户服务的响应速度,交货周期、定制化开发能力及价格等等,都是影响客户选择影像测量仪产品的重要因素。

(7)影像仪新趋势-一键式影像测量仪

一键式影像测量仪又被称作影像测量标尺、闪测影像尺寸测量仪,是一种新型影像测量技术的代表。该技术由一些外企最先将此先进技术引进国内,并在2013年前后实现国产化。

一键式影像仪结构组成:一键式影像测量仪的核心硬件是由上下光源、高像素CCD相机、大视角大景深远心镜头及固定载物台组成,结构相对简单。

一键式影像测量仪的原理:一键式影像测量仪是一种新型的影像测量技术。它和传统的二次元影像测量仪不同的是它不再需要光栅尺位移传感器作为精度标,也不经过大焦距的镜头经过放大产品影像来保障测量精度。一键式影像测量仪通过一个大视角大景深的远心镜头,将产品轮廓影像缩小数倍或数十倍后传递至几百万像素高分辨率CCD相机上做数字化处理,再由有着强大计算能力的后台绘图测量软件完成按照预先编程指令快速抓取产品轮廓图,最后和以高像素相机微小像素点形成的标尺进行对比后计算出产品尺寸,同时完成对尺寸公差的评价。一键式影像测量仪机身结构简单,不需要位移传感器光栅尺,仅需大视角大景深的远心倍率缩小镜头、高像素的CCD相机和计算能力强大的后台软件。

一键式影像的测量仪功能:

简单的结构特性决定了一键式影像测量仪的有限的测量功能。其功能如下:

1、绘图,按照预先编订的绘制出产品的轮廓鸟瞰图,

2、测量以载物台为基准的二维平面几何元素:点、线、圆、圆弧、R角等基本元素的尺寸及它们的几何尺寸关系,并自动对这些尺寸的公差做出评价。

3、将绘制出的鸟瞰图保存的CAD格式的图纸。

4、自动保存和输出测量的尺寸及公差评价的报表。

 一键式影像测量仪的优缺点

一键式影像测量仪优点:

(1).测量速度极快,能在2到5秒内完成100个以内的尺寸的绘图、测量及公差的评价,效率是传统二次元影像测量仪的数十倍。

(2). 避免了因测量行程增大而受到影响阿贝误差。重复测量精度高,解决了同一个产品反复测量数据一致性差的现象。

(3).仪器结构简单,不需要位移标尺光栅尺,在测量过程中也不需要移动工作台,所以仪器的稳定性能很好。

(4). 由于精度标尺是CCD相机的像素点,而像素点是不会随时间变化,也不会受到温湿度的影响,所以仪器的精度比较稳定,且可以通过软件实现测量精度自动校准。

一键式影像测量仪缺点

(1).测量的量程范围较小,它的测量量程在保证高精度的情况下不大于130毫米。

(2).测量功能比较窄,仅适合平面基本几何尺寸的测量和公差的评价。

(3).对产品要求比较高,对于产品轮廓不光滑、不精细的产品测量的误差比较大。(4).价格比较昂贵。

应用领域:一键式影像测量仪被广泛的应用在精密螺丝、精密弹簧、齿轮、手机外壳、手机玻璃、精密五金配件等尺寸较小的产品及零部件的批量快速测量上。

影响测量仪

以上就是今天的主要内容,了解更多内容点击影像测量仪

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