影像測(cè)量?jī)x的發(fā)展與評(píng)述@

影像測(cè)量?jī)x@是一種“基于光耦裝置上成像的光學(xué)圖像系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱圖像系統(tǒng)）的非接觸式測(cè)量?jī)x器”由光耦裝置采集，軟件處理，成像，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，用測(cè)量軟件進(jìn)行幾何運(yùn)算得到最終結(jié)果”。測(cè)量軟件通過(guò)數(shù)字圖像處理技術(shù)提取工件表面的坐標(biāo)點(diǎn)，然后利用坐標(biāo)變換和數(shù)據(jù)處理技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)測(cè)量空間中的各種幾何元素，從而獲得幾何尺寸，被測(cè)工件的幾何公差和其他參數(shù)

1、影像測(cè)量?jī)x@發(fā)展概況

20世紀(jì)70年代末，特別是自David Marr教授建立“計(jì)算視覺(jué)”理論框架以來(lái)，圖像處理技術(shù)和圖像傳感器得到了迅速發(fā)展。隨著坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和成熟，坐標(biāo)測(cè)量方法的發(fā)展和應(yīng)用在基于光學(xué)比較的光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域取得了進(jìn)一步的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展

1977年，美國(guó)view工程公司發(fā)明了世界上第一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)XYZ軸的Rb-1圖像測(cè)量系統(tǒng)（見(jiàn)圖1)，它是集視頻檢測(cè)和軟件測(cè)量于一體的自動(dòng)化影像測(cè)量?jī)x@控制終端。此外，機(jī)械技術(shù)公司的boicevista系統(tǒng)充分利用了CMM的優(yōu)勢(shì)，在CMM的探頭上集成了視頻圖像測(cè)量系統(tǒng)，可以將測(cè)得的數(shù)據(jù)與預(yù)先準(zhǔn)備的no進(jìn)行比較最小尺寸和公差

這兩種儀器以不同的方式參考坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)測(cè)量原理，將被測(cè)對(duì)象的圖像投影到坐標(biāo)系中。它們的測(cè)量平臺(tái)繼承了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的形式，但其探頭類似于光學(xué)投影儀。emer這些儀器的出現(xiàn)開(kāi)辟了一個(gè)重要的測(cè)量?jī)x器行業(yè)，即影像測(cè)量?jī)x@行業(yè)。在20世紀(jì)80年代早期，圖像測(cè)量技術(shù)得到了重視。1981年，ROI公司開(kāi)發(fā)了一種光學(xué)圖像探頭（見(jiàn)圖2)），可替代坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的接觸式探頭進(jìn)行非接觸測(cè)量。從此，該光學(xué)附件成為圖像設(shè)備的基本部件之一。20世紀(jì)80年代中期，市面上出現(xiàn)了帶高倍顯微鏡目鏡的影像測(cè)量?jī)x@

20世紀(jì)90年代，隨著CCD技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、LED照明技術(shù)和DC/AC伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，影像測(cè)量?jī)x@產(chǎn)品取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，更多的廠家進(jìn)入了影像測(cè)量?jī)x@產(chǎn)品市場(chǎng)，共同推動(dòng)了影像測(cè)量?jī)x@產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。2000年以后，中國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)水平不斷提高，相關(guān)圖像測(cè)量技術(shù)研究文獻(xiàn)也不斷涌現(xiàn)；國(guó)內(nèi)企業(yè)（如韋伯、智泰、怡信、賽克數(shù)碼、新天等公司）在生產(chǎn)規(guī)模、品種、質(zhì)量等方面不斷改進(jìn)和發(fā)展影像測(cè)量?jī)x@產(chǎn)品，2009年中國(guó)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/t24762-2009：產(chǎn)品幾何規(guī)格（GPS）影像測(cè)量?jī)x@的驗(yàn)收試驗(yàn)和復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)適用于XY平面直角坐標(biāo)系的影像測(cè)量?jī)x@包括在垂直于平面直角坐標(biāo)系的Z方向上具有定位或測(cè)量功能的影像測(cè)量?jī)x@值得一提的是，威爾伯特科技有限公司是由一群年輕的螺柱創(chuàng)立的懷著振興中國(guó)精密測(cè)量行業(yè)的遠(yuǎn)大志向，經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，借鑒國(guó)外優(yōu)秀產(chǎn)品，威爾伯公司于2007年在中國(guó)首次推出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維自動(dòng)影像測(cè)量?jī)x@系列產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白c缺口，在國(guó)內(nèi)影像測(cè)量?jī)x@技術(shù)中處于領(lǐng)先地位

2、影像測(cè)量?jī)x的評(píng)價(jià)@

本文試圖從儀器結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)兩個(gè)方面對(duì)影像測(cè)量?jī)x@產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于缺乏圖像探頭的數(shù)據(jù)，作者未涉及

（1)外觀和結(jié)構(gòu)）

精密測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品的外觀和結(jié)構(gòu)是用戶選擇的重要依據(jù)，良好的產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)給人一種穩(wěn)定、可靠和精確的感覺(jué)，這往往是決定產(chǎn)品在市場(chǎng)上成敗的重要因素

目前影像測(cè)量?jī)x@的結(jié)構(gòu)形式主要有柱結(jié)構(gòu)、固定橋結(jié)構(gòu)和移動(dòng)橋結(jié)構(gòu)。柱結(jié)構(gòu)和固定橋結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于影像測(cè)量?jī)x@中，范圍小，各有其優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)橋結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于影像測(cè)量?jī)x@中，范圍大結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，工件裝卸方便，固定橋架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的特點(diǎn)是產(chǎn)品穩(wěn)定大氣，但占用空間大，不便于裝卸工件；移動(dòng)橋架結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中工件固定

（2)@光源系統(tǒng)）

光源系統(tǒng)在影像測(cè)量?jī)x@成像系統(tǒng)中起著重要的作用，它直接決定著成像儀的性能和功能。一個(gè)好的光源系統(tǒng)可以幫助圖像探頭獲得清晰、銳利、均勻和正確的圖像，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。它可以為工作提供有效的照明不同材質(zhì)、形狀和類型的工件，完成復(fù)雜的測(cè)量量任務(wù)影像測(cè)量?jī)x，影像測(cè)量?jī)x@通常提供三種光源：表面光源、輪廓光源和同軸光源

表面光源為工件上表面的測(cè)量提供照明。良好的表面光源應(yīng)能夠在不同的入射角度和方向提供照明，以確保不同的工件獲得一致的照明效果

輪廓光源為測(cè)量工件的外輪廓和通孔提供照明。輪廓光源通常安裝在影像測(cè)量?jī)x@底座上。在操作過(guò)程中，圖像的遮擋部分成像為黑色，無(wú)遮擋部分成像為白色，這有助于圖像探頭獲得工件圖像w黑白清晰，對(duì)比度高，邊界清晰，在輪廓光源的照射下，儀器往往能達(dá)到最高的測(cè)量精度影像測(cè)量?jī)x，同軸光源沿透鏡光軸投射到工件表面，為高反射率的測(cè)量提供照明工件的粗糙表面和深孔

（3)多探頭集成）

圖像探針在二維測(cè)量中具有無(wú)可比擬的速度優(yōu)勢(shì)，但圖像探針也有其缺點(diǎn)。在三維測(cè)量中，測(cè)量效率不夠高，工件的側(cè)面特征無(wú)法測(cè)量。因此，對(duì)多探針集成提出了要求綜合使用圖像探頭、接觸探頭、激光探頭和白光探頭，可用于不同的工件和不同的測(cè)量方法，選擇最合適的測(cè)量方法，提供最佳的測(cè)量精度和測(cè)量效率。在二維尺寸的質(zhì)量檢測(cè)中，可使用圖像探頭；在在測(cè)量效率要求較低的復(fù)雜工件側(cè)壁時(shí)，可選擇接觸測(cè)量；在復(fù)雜工件的三維測(cè)量中，如果效率要求很高，可選擇白光探頭或激光探頭

（4)測(cè)量性能

精度是測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)，精度是用戶選擇儀器最重要的指標(biāo)之一。影像測(cè)量?jī)x測(cè)量精度主要取決于圖像探頭的質(zhì)量、光源系統(tǒng)的性能、儀器的運(yùn)動(dòng)和定位精度以及數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量和水平。測(cè)量軟件和硬件也是非常重要的因素。作為一種自動(dòng)測(cè)量?jī)x器，影像測(cè)量?jī)x@測(cè)量效率是客戶最重要的因素。高測(cè)量效率可以減少設(shè)備投資，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本

（5)測(cè)量功能）

影像測(cè)量?jī)x@的基本測(cè)量功能通常包括測(cè)量各種基本幾何量，如點(diǎn)、線、圓和圓弧。在測(cè)量方法方面，它提供各種提取和構(gòu)造方法；它提供各種形狀公差和位置公差的測(cè)量；它提供多種坐標(biāo)系建立方法；提供手動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)批量測(cè)量；批量測(cè)量程序可記錄測(cè)量元素、提取方法、機(jī)器控制和光源控制、自動(dòng)對(duì)焦等過(guò)程；可導(dǎo)入和導(dǎo)出CAD圖紙；可輸出測(cè)量數(shù)據(jù)t到指定格式的報(bào)告。除了這些基本測(cè)量功能外，儀器制造商通常還提供SPC、圖紙比較、離線編程、定制輸出報(bào)告和其他擴(kuò)展功能。一些制造商還開(kāi)發(fā)相應(yīng)的專用軟件或硬件，以滿足特定用戶的測(cè)量需求行業(yè)內(nèi)增加了儀器的數(shù)量和測(cè)試儀的測(cè)量功能，如小模數(shù)齒輪測(cè)量、測(cè)試屏ca