影像測量儀誤差是怎么造成的？

影像測量儀是近十年來發(fā)展快速的幾何光學(xué)測量儀器,它是一種基于光學(xué)投影原理,結(jié)合應(yīng)用現(xiàn)代光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù),完成對(duì)試件邊緣輪廓進(jìn)行瞄準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)長度尺寸測量的二維平面坐標(biāo)位置測量儀。該儀器能高效地檢測各種形狀復(fù)雜工件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置,特別是精密零部件的微觀檢測與質(zhì)量控制,適用于產(chǎn)品開發(fā)、逆向工程、品質(zhì)檢測等領(lǐng)域。比起傳統(tǒng)的工具顯微鏡和投影儀,在硬件上增加了CCD攝像傳感器、數(shù)顯化光柵位置輸出裝置及自動(dòng)定位伺服控制系統(tǒng),在測量或軟件功能上,具有自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)瞄準(zhǔn)及各種復(fù)雜自動(dòng)計(jì)算處理特點(diǎn)。電子和圖像處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,為影像測量儀的多功能、高精度和自動(dòng)化程度提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐作用。應(yīng)用于工廠現(xiàn)場測量的影像測量儀,通常其分辨力為0.001mm,測量不確定度一般為(3+L/200)μm左右,其中L為測量長度(mm),應(yīng)用于精密計(jì)量、量值傳遞等高精度測量領(lǐng)域的影像測量儀,測量不確定度一般優(yōu)于(1.0+L/300)μm。

1.影像測量儀的結(jié)構(gòu)組成及光學(xué)原理特點(diǎn)
影像測量儀一般由機(jī)械、照明、測長、圖像采集、計(jì)算機(jī)和測量軟件等六部分組成。

 
影像測量儀的光學(xué)原理與普通投影儀很類似,區(qū)別在于影像前者被測件的輪廓影像被CCD傳感器接收并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像采集和處理,后者則直接把影像投射到投影觀測屏,輪廓對(duì)準(zhǔn)有操作者的人眼完成,因而導(dǎo)致兩者測量精度和自動(dòng)化程度相差很大。影像測量儀一般具有較大的測量范圍,通常配備有(0.7x~4.5x)的變焦物鏡,照明光源除了常見的底光和頂光外,還有環(huán)形照明光,適合于底光和頂光都不能有效照明時(shí)應(yīng)用。

2.影像測量儀的誤差來源
在影像測量儀上的測量均是單軸或二維平面坐標(biāo)的測量,測量時(shí)先對(duì)焦,后對(duì)準(zhǔn),再讀數(shù)(計(jì)數(shù)),最后計(jì)算處理。讀數(shù)來自于標(biāo)尺即光柵系統(tǒng),對(duì)焦對(duì)準(zhǔn)依靠顯微鏡光學(xué)系統(tǒng),還有一個(gè)直接影響測量效果和精度的照明光源,因?yàn)?基于影像方法測量的儀器,如果被測件不能被有效正確的照明,則測量的結(jié)果顯然要偏離其真實(shí)尺寸。除前述因素外,環(huán)境條件也是制約測量精度不可忽視的因素。經(jīng)過上述的分析,可以歸納出以下幾個(gè)方面的誤差來源:
1)光柵計(jì)數(shù)尺的誤差;
2)工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)存在的直線度、角擺帶來的誤差;
3)工作臺(tái)兩測量軸垂直度帶了的誤差;
4)顯微鏡光軸與工作臺(tái)面不垂直帶了的誤差;
5)測量室溫度帶來的誤差;
6)光源照明條件的變化帶來的對(duì)焦和對(duì)準(zhǔn)誤差。

在這幾種因素中,前四項(xiàng)誤差,是硬件誤差,在儀器制造過程中已經(jīng)形成并固定下來,一般無法改變;溫度影響帶來的誤差,必須通過控制測量室的溫度和等溫過程來減小其影響。

項(xiàng)則常被忽視,而在實(shí)際測量中,當(dāng)光源照明條件改變時(shí),直接影響被測工件的照明效果和影像質(zhì)量,主要是因?yàn)橛跋駵y量儀的圖像是通過CCD接收,盡管CCD具有自動(dòng)調(diào)節(jié)增益的功能,但當(dāng)亮度過大時(shí)即失去調(diào)節(jié)功能,導(dǎo)致被測工件影像在縮小,當(dāng)亮度過低時(shí),工件影像反而變大。

這種影響,對(duì)于測量具有重復(fù)圖形結(jié)構(gòu)之間的間距時(shí),只要整個(gè)測量過程中照明條件保持不變,其影響可以忽略,因?yàn)槊總€(gè)重復(fù)圖形結(jié)構(gòu)都同時(shí)在變大或變小,間距的測量計(jì)算直接消除了影像變形的影響,如測量玻璃尺、網(wǎng)格板刻線間距;除了這種特殊情形外,如測量圓的直徑、工件的長度和寬度,都將帶來明顯的誤差。