VMS250影像二維檢測(cè)儀的應(yīng)用

□ 胡艷凱 □ 徐瑞超

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 西安 710399

1 影像檢測(cè)儀的發(fā)展

傳統(tǒng)的測(cè)量主要是一維測(cè)量,通常以測(cè)量器具上某個(gè)點(diǎn)或某條刻線為基準(zhǔn),對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量,大都只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的長(zhǎng)度測(cè)量和角度測(cè)量[1-2]。隨著科技的進(jìn)步,出現(xiàn)了光學(xué)測(cè)量?jī)x器,主要利用光的反射、衍射,以及光沿直線傳播的性質(zhì),由顯微鏡將物體放大若干倍數(shù),再利用光柵尺或目鏡進(jìn)行讀數(shù)。這類光學(xué)測(cè)量?jī)x器包括投影儀、工具顯微鏡、光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn),加速了影像檢測(cè)儀的問(wèn)世。20世紀(jì)70至80年代,計(jì)算機(jī)視覺和圖像識(shí)別技術(shù)迅速發(fā)展,世界上第一臺(tái)影像檢測(cè)儀問(wèn)世[3-4]。這臺(tái)影像檢測(cè)儀結(jié)合了影像識(shí)別系統(tǒng)和軟件處理系統(tǒng),可以對(duì)零件進(jìn)行精密測(cè)量。

目前,影像檢測(cè)儀的整機(jī)性能穩(wěn)定性高,檢測(cè)功能豐富,成為檢測(cè)行業(yè)熱門的測(cè)量?jī)x器。影像檢測(cè)儀主要由機(jī)械部分、影像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成[5]。機(jī)械部分的主要功能是支撐和穩(wěn)定。影像系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)物體輪廓特征的識(shí)別、放大,并傳輸至計(jì)算機(jī)軟件。計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)不同的測(cè)量要求和標(biāo)準(zhǔn),下發(fā)不同的命令對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保障整個(gè)測(cè)量過(guò)程中所需要的動(dòng)力,并對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制[6]。筆者介紹VMS250影像二維檢測(cè)儀的應(yīng)用。

2 結(jié)構(gòu)

VMS250影像二維檢測(cè)儀可以對(duì)物體進(jìn)行平面二維檢測(cè),測(cè)量物體的長(zhǎng)度、角度、內(nèi)徑、外徑、弧長(zhǎng)、圓心距,以及常見的幾何誤差,如直線度、平行度、圓度、圓柱度等。VMS250影像二維檢測(cè)儀的主體結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)械主體、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),如圖1所示。

機(jī)械主體主要包括測(cè)量工作臺(tái)、支撐臂、坐標(biāo)軸移動(dòng)手輪,功能是支撐整個(gè)測(cè)量系統(tǒng),對(duì)被測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整和調(diào)焦。工作臺(tái)和立柱分別內(nèi)置輪廓光源、表面光源,通過(guò)調(diào)整坐標(biāo)軸、光源強(qiáng)度、物鏡倍數(shù),使被測(cè)物體清晰地顯示在計(jì)算機(jī)軟件屏幕上。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要提供操作過(guò)程中的動(dòng)力,保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和要求,計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)下發(fā)相應(yīng)命令,對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果可以保存并導(dǎo)出為文本或表格形式,便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,生成測(cè)量報(bào)告。

圖1 VMS250影像二維檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)

在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中,進(jìn)行影像處理的軟件為OvmLite。這是一款面向影像檢測(cè)儀各種測(cè)量功能而研發(fā)的測(cè)量軟件,通過(guò)施加不同命令對(duì)被測(cè)物體點(diǎn)、線、圓、圓弧等基本圖形進(jìn)行抓取,可以進(jìn)行圓心距、角度、弧度、內(nèi)徑、外徑等基本尺寸的測(cè)量,以及平行度、直線度、圓度、圓柱度等幾何誤差的檢測(cè)。測(cè)量數(shù)據(jù)可以以表格或文本的形式導(dǎo)出。OvmLite軟件操作界面如圖2所示。

圖2 OvmLite軟件操作界面

3 測(cè)量實(shí)例

開機(jī)的順序?yàn)橄却蜷_計(jì)算機(jī),再打開VMS250影像二維檢測(cè)儀,最后打開OvmLite軟件。將被測(cè)物體放置在工作臺(tái)上,并對(duì)準(zhǔn)攝像頭,進(jìn)行調(diào)焦。VMS250影像二維檢測(cè)儀的鏡頭為40倍連續(xù)變焦物鏡。打開輪廓光,選擇合適的放大倍數(shù),同時(shí)上下調(diào)節(jié)立柱,直至在OvmLite軟件中清晰顯示被測(cè)物體為止。

筆者測(cè)量的物體為汽車減速器薄片零件,應(yīng)用VMS250影像二維檢測(cè)儀分別對(duì)這一零件的孔直徑、孔心距、邊長(zhǎng)平行度進(jìn)行測(cè)量,零件實(shí)物如圖3所示。

圖3 汽車減速器薄片零件實(shí)物

開機(jī)并調(diào)焦完成后,在OvmLite軟件中選擇三點(diǎn)圓命令,測(cè)量孔1和孔2的直徑;選擇圓圓距離命令,選中孔1和孔2,測(cè)量孔心距;選中直線4和直線5,以直線5為基準(zhǔn),測(cè)量直線4的平行度誤差。測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。將測(cè)量結(jié)果以表格形式導(dǎo)出,見表1。

圖4 汽車減速器薄片零件測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)

4 誤差分析

VMS250影像二維檢測(cè)儀在測(cè)量過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)誤差,誤差來(lái)源主要有三方面[7-9]。

表1 汽車減速器薄片零件測(cè)量結(jié)果 mm

(1) 光源分為輪廓光和表面光,光源的明暗程度會(huì)影響被測(cè)物體的成像清晰度。另外,鏡頭的放大倍數(shù)如果過(guò)大,會(huì)使調(diào)焦過(guò)程變得困難。因此,需要選擇合適的光源亮度和鏡頭放大倍數(shù),使被測(cè)物體成像清晰,減小測(cè)量誤差。筆者在測(cè)量孔及直線數(shù)據(jù)時(shí),使用輪廓光,物鏡放大倍數(shù)選擇為28倍。

(2) 在進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量時(shí),影像檢測(cè)儀X軸、Y軸的垂直度誤差會(huì)影響被測(cè)物體的成像方向,立柱與工作臺(tái)的垂直度誤差會(huì)影響成像質(zhì)量。

(3) 在進(jìn)行點(diǎn)、線、圓弧捕捉時(shí),計(jì)算機(jī)的識(shí)別像素和分辨率會(huì)直接影響被測(cè)物體影像的識(shí)別及抓取,進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果。

5 注意事項(xiàng)

在使用VMS250影像二維檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí),需要注意以下幾點(diǎn):

(1) 在進(jìn)行測(cè)量前,檢查電源及設(shè)備是否完好,清潔被測(cè)物體及工作臺(tái)面,然后再開機(jī);

(2) 測(cè)量過(guò)程中注意屏幕上被測(cè)物體的影像清晰度,若清晰度不佳,則需要調(diào)整鏡頭放大倍數(shù)或調(diào)節(jié)立柱位置;

(3) 測(cè)量導(dǎo)出數(shù)據(jù)后關(guān)機(jī),關(guān)機(jī)順序?yàn)镺vmLite軟件、VMS250影像二維檢測(cè)儀、計(jì)算機(jī);

(4) 使用環(huán)境溫度應(yīng)保持在20 ℃,溫度梯度小于2 K/8 h,環(huán)境空氣相對(duì)濕度保持在55%～65%之間,實(shí)驗(yàn)室振幅控制在2 μm內(nèi);

(5) 測(cè)量過(guò)程中,保持鏡頭、光柵尺、工作臺(tái)等處于無(wú)塵狀態(tài)。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了影像檢測(cè)儀的發(fā)展和VMS250影像二維檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu),應(yīng)用VMS250影像二維檢測(cè)儀對(duì)汽車減速器薄片零件進(jìn)行測(cè)量,并分析了測(cè)量誤差的來(lái)源。VMS250影像二維檢測(cè)儀具有較高的實(shí)用價(jià)值,使用后需要定期進(jìn)行維護(hù),避免設(shè)備外殼臟污,并做好光柵尺和工作平臺(tái)的保養(yǎng)、清潔等工作[10]。