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天之泰为您揭秘全自动影像测量仪的发展史

2021-01-05 09:49:09

全自动影像测量仪是一种基于光学图像系统(简称图像系统)在光电耦合器上成像的“非接触式测量仪器”。由光电耦合器采集,软件处理,成像显示在计算机屏幕上,通过测量软件“几何计算”得到结果。测量软件提取坐标点的工件表面的数字图像处理技术,然后将其转化为各种几何元素的坐标测量空间中,利用坐标变换和数据处理技术,以获得测量工件的几何尺寸和几何公差。

1. 图像测量仪的研制

20世纪70年代末,特别是大卫·马尔教授建立“计算视觉”理论框架以来,图像处理技术和图像传感器得到了迅速发展。随着坐标测量技术的发展和成熟,在基于光学比较的光学测量领域,坐标测量方法的发展和应用取得了进一步的实质性进展。

1977年,view engineering发明了世界上首台由电机XYZ轴驱动的Rb-1图像测量系统,是一种集视频检测和软件测量为一体的带有控制终端的自动图像测量仪。此外,boice vista系统充分利用了三坐标测量机的优势,在三坐标测量机的探头上集成了视频图像测量系统,可以将测量数据与预先编程的标称尺寸和公差进行比较。

两种仪器通过不同的方式借鉴了三坐标测量机的三坐标测量原理,将被测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,而探头类似于光学投影仪。这些仪器的出现开辟了一个重要的测量仪器产业,即图像测量仪器产业。20世纪80年代初,图像测量技术有了重要的发展。1981年,可以代替坐标测量机上的接触探头进行非接触测量。自此,该光学配件成为成像设备的基本部件之一。20世纪80年代中期,市场上出现了带有高倍显微镜目镜的图像测量仪器。

20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、DC/AC伺服驱动技术的发展,图像测量仪器产品得到了长足的发展。越来越多的厂家进入成像产品市场,共同推动成像产品的发展。自2000年以来,我国在该领域的技术水平不断提高,关于图像测量技术的文献也不断涌现;国内企业(天准、智泰、益新、赛科数码、新天等)开发的图像测量仪器在生产规模、品种、质量上也不断完善和发展。2009年,中国制定国家标准GB/t24762-2009:验收测试和重新检查测试产品几何技术规范(GPS)图像测量仪器,适用于图像测量仪器在XY平面直角坐标系统,包括与定位图像测量仪器或测量功能在Z方向垂直的平面直角坐标系。在借鉴国外产品的基础上,不断开发创新,形成了自己的特色和优势。

2. 评价成像仪

本文试图从仪器结构和关键技术指标等方面对图像测量仪器产品进行评价。由于图像探测信息的缺乏,故不涉及。

(1)外观结构

测量仪器的外观和结构是用户选择的重要依据。良好的产品外观和结构给人一种稳定、可靠的感觉,这往往是决定产品在市场上成功或失败的重要因素。

目前,图像测量仪的结构主要包括柱式结构、固定桥式结构和移动桥式结构。柱式结构和固定桥式结构广泛应用于小量程图像测量仪中,且各有优点。移动桥结构主要应用于超大量程图像测量仪中。立柱结构的优点是结构紧凑,占地面积小,方便工件的装取;固定桥架结构的特点是产品稳定、大气,但占用空间大,不方便工件的装载和取取;移动桥式结构易于实现大量程测量,测量过程中工件是固定的。

(2)光源系统

光源系统在图像测量仪中起着重要的作用,它直接决定了图像测量仪的性能和功能。良好的光源系统可以帮助图像探头获得清晰、锐利、均匀、正确的图像,保证测量的准确性和重复性。为了对不同材料、形状和类型的工件提供有效的照明,完成复杂的测量任务,图像测量仪器通常提供三种光源:表面光源、轮廓光源和同轴光源。

所述表面光源为工件上表面的测量提供照明。一个好的表面光源应该能够在不同的入射角和方向上提供光照,从而保证不同的工件能够获得相同的光照效果。

轮廓光源为工件轮廓和通孔的测量提供照明。轮廓光源通常安装在图像测量仪的底座上。工作时,图像被遮挡的部分为黑色,未遮挡的部分为白色,这有助于图像探头获得黑白清晰、对比度高、边界清晰的工件图像。在轮廓光源的照明下,仪器往往能达到测量精度。同轴光源沿透镜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的测量提供照明。

(3)多探头集成

图像探针在二维测量中具有无可比拟的速度优势,但也有其缺点。在三维测量中,测量效率不够高,无法测量工件的侧面特征。因此,需要多探头集成。通过使用图像探头、接触探头、激光探头和白光探头,可以针对不同的工件和不同的测量要求选择合适的测量方法,从而提供测量精度和效率。在二维尺寸的质量检测中,可以使用图像探头;在测量复杂工件侧壁的情况下,但效率要求不高,可以选择接触式测量;在复杂工件的三维测量中,如果效率要求很高,可以采用白光探头或激励探头。

(4)测量性能

准确度是测量仪器的基础,准确度是用户选择仪器的重要指标之一。图像测量仪的测量精度主要取决于图像探头的质量、光源系统的性能、仪器的运动和定位精度。数据处理测量软件和硬件的质量和水平也是重要的因素。图像测量仪作为一种自动测量仪器,其测量效率是影响客户满意度的重要因素之一。测量效率高,可减少设备投资,提高生产效率,降低人工成本。

(5)测量功能

图像测量仪的基本测量功能通常包括:点、线、圆、弧等基本几何量的测量。在测量方法方面,提供了多种提取和施工方法;它提供了各种形状公差和位置公差的测量;它提供了多种坐标系的建立方法;提供人工测量和自动批量测量;它还提供了多种测量方法;批量测量程序可以记录测量元素、提取方法、机器控制、光源控制、自动对焦等过程;可导入、导出CAD图纸;测量数据可以输出到指定的格式报告。除了这些基本的测量功能外,仪表厂家通常还提供SPC、制图比较、离线编程、定制输出报告等扩展功能。有的厂家还会开发相应的专用软件或硬件来满足特定用户行业的测量需求,并增加仪器的测量功能,如小模数齿轮测量、测试屏幕校准等。

(6)其他方面

产品的可用性、对环境的适应性、操作界面的人性化也是判断仪器性能的重要因素。是否方便设置测量任务、制作和输出报告、机器控制等,将影响用户对仪器的验收。

仪器的长期稳定性、测量方案的提供、客户服务的响应速度、交货期、定制化开发能力等都是影响客户选择图像测量仪器产品的重要因素。


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