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影像测量仪中常见测量误差原因分析

发布时间:2022-06-02 09:05:23人气:

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新型高效精密测量仪器。 广泛应用于机械制造、电子、汽车、航空航天等行业。 可用于元器件尺寸、形状及相互位置的在线检测,也可应用于划线、定心孔、光刻集成电路对准等。因其通用性强、测量范围大、精度高、性能好 性能、实时性强、与柔性制造系统连接能力强,应用广泛。

 


  视频测量仪的组成


  图像测量是利用被测物体的图像作为测量方法来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,并基于图像分析和识别进行测量。 图像是指物体的发光和反射光的视觉印象。 因为计算机只能处理数字信息,图像不能直接由计算机处理。 在计算机处理之前,必须将图像转换为数字形式。  Image,即把图像数字化。 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相机、图像采集卡、运动控制系统、PC机,如下图所示。 通过各部分的组合,完成不同环境下的各种高精度图像检测任务。

 


  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,工件的图像 待测物体可以清晰地呈现给CCD,在这个过程中,CCD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中。 然后,通过图像处理技术、空间几何运算、运动控制、栅格数据的采集和运算,得到被测物体的几何尺寸和待测物理量的检测。 最后通过测量软件完成测量工作,获得预期的结果。 参数来完成测量。

 

 

  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固有的误差。 由仪器引起的误差是多方面的,在仪器的设计、制造和使用的各个阶段都可能出现误差,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


  属于影像测量仪的主要误差有:CCD相机畸变引起的误差和不同测量方法引起的误差。 由于相机的制造工艺、入射光通过各个镜头的折射误差和CD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 图像点。 几何畸变有多种类型:径向畸变、偏心畸变、薄棱镜畸变等,其中径向畸变大,切向畸变和薄棱镜畸变小,图像中心区域的畸变 小,边缘畸变大。 使用优质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,对测量结果进行修正。

  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,是图像中物体轮廓或物体不同表面之间的边界的反映。 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,而数字图像处理技术中边缘提取的方法有很多种。 选择不同的提取方法会导致同一试件的边缘位置发生很大的变化,从而影响最终的边缘位置。 例如,在测量圆形工件的半径和圆心时,当圆的轮廓发生变化时,其半径值和圆心位置也会随之变化。 可见,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

  影像测量仪的制造误差有:导向机构产生的误差、安装误差等。导向机构产生的误差主要是影像测量仪机构误差中的直线运动定位误差。 影像测量仪是一种正交坐标系测量仪器。 直角坐标系测量仪具有三个相互垂直的轴,即X、Y、Z轴,三个运动部件沿这三个轴运动,使CCD相对于被测工件做三维直线运动。 使用高质量的运动指南可以减少此类错误的影响。 安装误差主要在于相机与工作台面的相对关系,如图3所示。当CCD相机的测量平台与镜头呈一定角度H时,根据几何知识,误差计算 可以得到如下公式:

  D =L(1- cosH)


  如果图像测量仪的测量平台水平性能和CCD相机的安装都很好,它们之间的夹角在范围内,这个误差是很小的。


  2.3 运行错误

  影像测量仪的操作误差有: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)引起的误差和动态误差。 由于温度的变化,影像测量仪各部件的尺寸、形状、相互位置关系以及一些重要的特性参数都会发生变化,从而影响仪器的精度。 温度的变化还可能引起电气参数的变化和仪器特性的变化,造成温度灵敏度漂移和温度零漂移。 电压和光照条件的变化会影响图像测量仪上下光源的亮度,导致系统光照不均匀,从而导致采集图像边缘出现阴影导致图像边缘提取误差。 磨损使影像测量仪的零件产生尺寸、形状和位置误差,配合间隙增大,降低了仪器工作精度的稳定性。 因此,改善测量操作条件可以有效降低此类误差的影响。


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