非接触测量技术研究目的意义及现状

非接触测量技术研究目的意义及现状1非接触测量技术概述...................................................................................................................12国内外研究现状...........................................................................................................................13研究的意义与目的.......................................................................................................................31非接触测量技术概述测量技术是工业发展的基础和先决条件，这已被生产发展的历史所确认。从生产发展的历史来看，机械加工精度的提高总是与测量技术的发展水平紧密相关的。测量技术也是随着科学技术的发展而发展，随着加工精度的提高而完善的。随着光学、机械、电子、计算机产业的迅速发展，以非接触、高精度、高速度为特征的光电检测技术已成为检测技术发展的主要方向。非接触测量具有高速、不接触、不划伤被测物表面，适合于柔软物体测量等优点。近年来非接触测量的方法发展迅速，主要有三种：超声波测量技术、激光测量技术和CCD图像测量技术。①超声波测量技术的主要优点是不受环境光及电磁场的干扰、工作间隙大，对恶劣环境有一定的适应能力，测量精度高，价格适中。由于上述优点,这种测量技术发展较快，是目前投入应用最多的一种。但这种测量技术也有一些缺点：如受声速、环境介质等因素的干扰较大，抗干扰能力差，测试电路复杂，必须进行多种补偿才能获得较高精度。②激光尺寸测量技术发展的较为成熟，测量精度可达um5.0，而且分辨率高，测量范围大，抗干扰能力强。但是采用这种测量技术会造成系统设备结构复杂，价格昂贵，不利于维护，对环境指标要求较高等的弊端。③CCD(ChargeCoupledDevices)是一种集光电转换、电荷存储、电荷转移为一体的电荷耦合传感器件，它把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息转换为按时序串行输出的电信一视频信号，能再现入射的光辐射信号。利用CCD器件本身所具有的自扫描、高分辨率，高灵敏度、结构紧凑等特性进行非接触式测量时，无需配置复杂的机械运动结构，从而减少了系统误差的来源。它可以适应高效率、自动化、动态检测、非接触测量等要求。在工程实际检测中，尤其是对小尺寸的测量方面具有很强的优势。在非接触测量中利用图像测量技术对小尺寸进行测量可以克服传统测量方法中出现的一些问题，它具有测量精度高、价格低廉、易于维护、操作容易等优点，可以实现高效率、自动化、动态检测、非接触测量等要求。因此，将图像测量技术应用于几何测量，是今后几何测量技术的重要发展方向之一。2国内外研究现状CCD图像测量是一种采用CCD（电荷耦合器件）进行摄像测量的新型光电测量技术，它是将CCD器件与光学仪器联用，应用于测量领域而形成的。CCD图像测量技术是以现代光学为基础，融合计算机图像学、信息处理、计算机视觉、光电子学等科学技术为一体的现代测量技术，它把被测对象的图像当作检测和传递信息的手段，从中提取有用的信号来获得待测的参数。近些年来，CCD图像测量技术在国内外发展很快，已广泛应用与几何量的尺寸测量、航空遥感测量、精密复杂零件微尺寸测量和外观监测、以及光波干涉图、应力应变场状态分布图等和图像有关的技术领域，这主要得益于它所使用的CCD摄像器件具有体积小、质量轻、结构简单、功耗低、集成度高、信噪比高、灵敏度高、频谱范围广、易于计算机连接使用等优点。另外，CCD图像测量技术的发展除了由于应用领域的不断发展之外，还得益于计算机技术的突飞猛进和数字图像处理技术的日益完善。低价位微处理器支持的并行处理技术；用于图像数字化的低成本的图像卡；用于大容量、低成本存储阵列的新存储技术；以及低成本、高分辨率的彩色显示系统等等，更进一步的刺激着这一领域的成长。现在，许多大学和科研机构都利用CCD摄像器件与现有的光学仪器相结合，对目视的光学仪器进行改造，研制出了大量的应用图像测量技术进行测量的新型光电仪器。在国外，瑞士Hauser公司研制的H602型光电测量投影仪在普通投影仪的基础上，加上高精度光栅定位系统及计算机处理系统，以CCD作为光电瞄准头，进行动态瞄准和采样，实现了测量的高效率和高精度。瑞典Johansson公司生产的三坐标测量机，采用面阵CCD摄像机作为光电接收器件，用计算机进行非接触图像处理，能实现自动测量和高速的图像处理。美国OGP公司研制的图像测量系统，采用变焦系统，实现了可随时对系统进行标定的功能，该系统单轴测量精度达到了umL)100/5.2(。日本三丰公司研制的三坐标CNC图像测量机QuickVision可利用其自身复杂的探测系统来测量形状复杂的工件，该系统能对工件进行自动调焦，其系统的精度为umL)1000/55.4(。在国内，上海交通大学自动检测技术研究所研制的ICMM系列图像式坐标测量机，采用高精度CCD摄像机对零件边缘轮廓进行自动瞄准，利用数字图像测量技术和模式识别技术，实现了被测工件的自动测量，自动读数，测量精度达到了um5.0，且重复性好，速度快。清华大学研制的通用电视测量仪，利用CCD摄像机来完成工件尺寸的测量和定位，可以测量多种形状的工件，该系统采用较大的光学放大倍数，并应用亚象素细分技术，系统的精度达到了um6.0。上海科源电子科技有限公司研制的LHMS（微孔测量仪），利用CCD摄像机从显微镜捕获微孔图像，然后采用数字图像处理技术进行处理，从而实现了对微孔直径（最大直径，最小直径，平均直径），面积，圆度的精确测量和计算。当采用40倍消色差物镜时，其测量范围为umum65~10，重复性测量精度可达到um5.0[14]。由此可见，图像测量技术已开始广泛应用于尺寸测量，工件定位及轮廓瞄准等方面。3研究的意义与目的测量技术的发展，在一定的程度上标志着一个国家的科技水平。目前，随着生产与科学技术的迅速发展，对微小尺寸测量方法的精确度、测量效率以及测量的自动化程度提出了越来越高的要求。在工业生产过程中，工件的在线检测常常要求非接触测量。尽管非接触测量方案很多，但当被测工件具有复杂几何形面、工况条件恶劣时，测量手段就非常匮乏。目前，国内多数生产厂家只能用卡尺、塞尺、直角尺等工具或者工具显微镜、投影测量仪等设备对上述产品进行离线手工抽检，这种方法不仅效率低，而且无法预防废品的产生。在许多工业部门，都要用到各种各样的精密零件。这些精密零件的尺寸大小，大则几毫米，小则零点几毫米，甚至更小。从功能上讲，这些零件尺寸的精度直接影响到产品的质量、运动精度及使用寿命。特别是在机械工业、航天工业以及国防工业部门，在对微小尺寸零件提出精密或超精密加工要求的同时，也对其检测精度提出了更高的要求。从机械工业、电子工业到生物工程以及环境保护等；从尖端科学的热核反应到日常生活中的化学纤维，都存在微小尺寸测量的问题。微小尺寸已经涉及到机械工业部门，电子工业部门、制药、医学和环保部门，涉及面广。要求进行微小尺寸测量的物体，从尺寸、几何形状和作用来分，各种各样。但它们的共同特点是：测量范围小，分辨力及精度要求高，自动化程度高，难度大。例如：以细丝直径测量为例，传统的细丝称重测量法，只能间接算出某段细丝的平均直径，测量精度不高，费时费力，不能满足现代测量高效、自动化的要求。面对这样的问题，迫切要求微小尺寸的精密测量取得长足的发展。如何高准确、高效率的测量微小尺寸参数已成为生产中急需解决的一个课题。因此，展开对微小尺寸高精度测量的研究，很具有十分重要的现实意义。