图像尺寸测量

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1、图像尺寸测量简介2索引图像尺寸测量的原理 一步测量法远心性 景深 失真背光照明 环形顶端照明 同轴顶端照明亚像素边缘检测 最小二乘法回归处理 祛除异常点 毛刺与裂口检测功能 图样搜索要素工具 基本测量 辅助线工具 应用工具 几何尺寸与公差工具1. 图像尺寸测量基础知识2. 镜头性能与测量精度5. 照明类型3. 图像处理技术 : 提高测量精度且使用方便4. 图像尺寸测量仪的测量工具345671313148899101111121212LCD照相机样本座标台LED 光源大直径 远心镜头大视野使得大多数样本都无需固定。自动特征提取功能使得无需进行手动对齐。所有关键尺寸的检测都可以一步完成。3图像尺寸

2、测量的原理图像尺寸测量仪通过分析仪器所捕捉到的高分辨率的测量对象图像来检测测量对象的尺寸。 将准直 LED 光源放置在座标台下方可以提供均匀的照明。 仪器通过图像传感器捕捉测量对象的轮廓，确定被捕捉图像的关键特征并测量这些特征的尺寸。图像尺寸测量 基础知识1降低操作成本投影仪或测量显微镜都需要 X-Y 座标台移动来提取特征尺寸，测量时间则会随着关键特征数量的增加而增加。 图像尺寸测量仪无需在 XY 座标台位移上花费时间，从而可以在短短几秒钟之内完成整个检测常规操作，即便需要检测大量的尺寸数据也是如此。 每日测量处理时间的减少会带来整个年度操作成本的大幅度降低。4一步测量法许多现代计量设备 （例

3、如投影仪、显微镜以及 CNC 图像尺寸测量仪系统）也使用测量对象的图像获得测量对象的尺寸。 但是，在操作员确定测量对象的特征位置 （或自动提取）之后，这些设备通过评估提取的每个单独特征之间的 XY 座标台位移可以计算出测量对象的尺寸。与上述设备不同，图像尺寸测量仪不需要 XY 座标台或分步步骤即可提取每个关键特征。 图像尺寸测量技术只需一步就可以从捕捉到的图像中提取出所有尺寸信息，且没有移动导致的误差。每年需要的 测量工时 2,000 小时40 小时 工时减少了 1,960 小时！工具显微镜 / 投影仪图像尺寸测量仪工具显微镜投影仪CNC 图像尺寸 测量仪图像尺寸测量仪5从上面 观察(1) 远

4、心性图像尺寸测量仪只使用从捕捉到的图像所得到的信息提取测量对象的尺寸。 因此，图像的精度至关重要。 镜头整体性能是精确捕捉测量对象的形状并获得精确测量的关键。 决定测量精度的三个镜头性能因素是远心性、景深与失真。测量对象与镜头之间的距离越远，镜头形成的图像就越小，反之亦然。 即镜头与测量对象之间的距离必须始终保持不变才能确保精确的测量，且表面凹凸不平的测量对象无法得到精确的测量。镜头性能与 测量精度2从上面 观察所形成图像的大小即使在测量对象与镜头之间的距离发生改变的情况下也会保持不变。 远心性能对于图像尺寸测量仪而言非常重要。 有了优质的远心镜头，测量对象的距离便不会对关键特征的明显尺寸造成

5、影响，且可以对表面凹凸不平的测量对象进行高度精确的测量。传统镜头远心镜头远心性与景深（典型示例）型号 ： 图像尺寸测量仪 IM-6020视野 ： 100 mm测量对象 ： 5 mm 直径针脚测量方法 ： 将测量对象放在视野中心位置。 当测量对象精确位于焦点且 Z 座标台分别向上与向下移动 10 mm 时， 测量测量对象的外径。测量结果 ： 当 Z 座标台向上或向下移动 10 mm 时， 外径的测量值没有检测到变化。?6焦点以上 10 mm 处焦点以下 10 mm 处焦点位置镜头景深较小时捕捉到的图像 只有中心部分处于对焦状态。镜头景深较大时捕捉到的图像 整个测量对象都处于对焦状态。(2) 景深

6、镜头捕捉物体的图像时，只有当物体处于准确对焦时才能获得完美的对焦图像。 但是，所有镜头都有图像看起来处于对焦状态的距离范围。 这个范围一般视为该镜头的 “景深” 。 长焦距镜头的景深大且能够精确测量表面凹凸不平的测量对象。枕形失真桶形失真实际测量对象失真的参考测试数据（典型示例） 型号 ： 图像尺寸测量仪 IM-6020视野 ： 100 mm测量对象 ： 5 mm 直径针脚测量方法 ： 将测量对象分别放在视野的中心、 上侧、 下侧、 左侧与右侧区域。在各个位置测量测量对象的外径。测量结果 ： 当测量对象分别放在视野中心的上侧、 下侧、 左侧与右侧区域时，测量值的总体变化是 1m。7传统镜头图像

7、失真的典型示例(3) 失真失真是指由镜头缺陷而造成测量对象明显变形的现象。 通常，失真会随着镜头捕捉的图像向镜头外边缘靠近而增大。 失真的最明显模式是桶形失真与枕形失真。 由于失真成为任何光学测量仪中测量误差的来源，因此低失真特性非常关键。 如果失真量大，针对同一测量对象，测量仪将根据测量对象是放在视野的中心位置还是外边缘区域而给出不同的尺寸。 利用低失真镜头，图像尺寸测量仪可以实现宽视野与高精度。外边缘区域失真严重。图像尺寸测量仪视野内失真最小。受光元件的一个像素一个像素被分为 100 个或更多个亚 像素以用于测量。8采用亚像素处理可以稳定地以亚像素精度提取 边缘位置。提取的边缘点由最小二乘

8、法定义的 特征位置图像处理技术 提高测量精度且使用方便3图像尺寸测量仪通过检测捕捉到的图像的关键特征、轮廓与边缘来提取测量对象的尺寸。 在这个过程中，有几种图像处理技术起着非常重要的作用。亚像素边缘检测图像尺寸测量仪通过在测量对象的图像内部查找对比度边缘来查找关键特征。 对于捕捉到的图像的边缘的检测，测量仪则使用先进的亚像素边缘检测功能。 由于该功能能够以低至一个像素的百分之一或更好的空间分辨率检测边缘，因此可以在较宽视野实现高分辨率测量。 这种提取算法是完全自动的，消除了由于各个操作员的习惯或技术水平不同而导致的测量结果差异，从而能够确保测量结果的一致性得到显著提高。未采用亚像素处理边缘位置

9、由于像素问题而不稳 定。最小二乘法回归处理从捕捉到的图像定义一个关键特征时， 将会定义一个边缘检测区域并使用亚像素处理检测该区域内的多个边缘点 （明暗之间的边界） 。例如，使用超过 100 个单独边缘点定义一条典型线性特征。 然后，使用最小二乘法根据检测到的边缘点获得特征位置。 设计为直线或连续曲线的一些特征，其边缘上有细小的毛刺或裂纹。 但是，最小二乘法拟合处理会将整体特征位置上这种不均匀的影响降到最低。9祛除异常点如果被测零件有明显的裂口、毛刺或灰尘，这些因素会将人为误差带入到它们所在的特征的总体位置。 为补偿这些误差，图像尺寸测量仪提供一个可选的祛除异常点算法。 此过程会自动检测由这类缺

10、陷所创建的边缘点并将其忽略。 这意味着测量仪可以选择性地包含或忽略样本准备对整体生产变量的影响。未采用异常点 祛除处理所有黄色的点都包含在圆径的 计算中，得到的测量值比实际 值要小。将红色的点从提取的圆径中排 除，可以得到正确的值。 采用异常点 祛除处理毛刺与裂口检测功能 尽管可以设置异常点祛除算法来抑制微小缺陷对关键尺寸带来的影响，但也可以使用额外的 “毛刺与裂口检测”功能来监测被提取边缘的整体质量。 当给定表面的异常点数量超过规定的阈值时，测量仪可以显示额外报警以找出整体零件质量中存在的潜在问题。10图样搜索技术用于从预先注册的图像中查找与当前观测的测量对象有相同图样的特征，并通过将它们相

11、互关联来确定其位置与方向。 在关联过程中，注册的图样图像放置在 X 与 Y 方向上，同时以固定的角度进行旋转。 每次移动都会计算图样的关联水平。 通过重复以上计算，可以找到最高关联度对应的坐标和角度，从而确定测量对象的位置与角度。 除校正 XY 坐标外，图样搜索引擎还可以搜索完整的 360 旋转。 这使测量仪能够识别测量对象的位置以进行精确的测量，而无论测量对象处于视野中的位置与放置角度如何。 图样搜索中的图样图像运动概念图自动调整视野中测量对象的位置与方向，以便测量。图样图像完整视野匹配！测量仪在移动图样图像的同时旋转整个图像， 将当前 观测到的图像与图样图像进行匹配。图样搜索图像尺寸测量仪

12、不需要在测量之前手动选择原点并定位测量对象。 只需将测量对象放在视野内并按测量按钮就可进行测量。 测量对象位置校正是使用图样跟踪图像处理技术自动进行的。 在图像尺寸测量仪上，测量常规操作的正确执行并不依赖于操作员定位零件与确定正确基准特征的技能。 相反，该流程是测量仪自动执行的。11线两条线之间的距离最大点中线圆心与线之间的距离轮廓圆圆的直径圆弧角度图像尺寸测量仪 的测量工具4测量仪根据通过高精度图像拍摄与高精度图像处理得到的轮廓和边缘数据进行测量与检测。要素工具测量仪通过将整个测量对象的形状分解为几何形状 （例如线和圆）来进行识别。 每个线与圆都称为 “要素” ，测量仪识别要素所使用的工具称

13、为 “要素工具” 。 图像尺寸测量仪有九个要素工具，利用这些要素来选择测量对象上要测量的点。基本测量运用基本测量功能，测量仪可以计算测量值以作出通过 / 失败判断。 为了进行基本测量，要指定诸如线或圆等要素并设置测量点。 图像尺寸测量仪有九个基本测量工具。12两条直线之间的中线间距测量直线度圆弧与线的交点螺丝宽度测量圆度连接两条直线的辅助线圆角测量点的位置连接两点的辅助线周长测量轮廓辅助线工具为了进行测量， 除直接的轮廓设置之外， 一些测量点还需要使用类似中线或交点的辅助点、 线或圆。 辅助线工具能够创建各种辅助点、线和圆。 图像尺寸测量仪提供 13 种辅助线工具。 通过将创建的辅助点、 线和

14、圆包含在基本测量功能的设置中， 它们便可以用于测量。应用工具应用工具支持通用测量应用与特殊测量。 图像尺寸测量仪有 11 个应用工具。几何尺寸与公差工具GD&T 工具 （几何尺寸与公差工具）包含直线、点的位置、轮廓等七种工具。13照明类型5有三种照明类型可用于图像尺寸测量仪。 它们可以根据测量对象和要测量的点进行切换。 可以将两种照明类型结合使用进行一次测量。(1) 透过照明从座标台下方应用均匀的平行光，使测量对象图像投射为轮廓。 该照明能够使测量仪捕捉清晰的高对比度测量对象轮廓。 它是基本照明类型，普遍用于图像尺寸测量仪。(2) 环状落射照明落射照明用于测量目标表面无法在轮廓的投影图像上出现

15、的结构。 在这种照明下，测量仪可以运用安装在镜头周围的白色 LED 环状灯所发出的散射光捕捉测量对象表面的结构。 环状灯沿圆周方向分为四部分，且可以分别打开 / 关闭。 当光线从一个倾斜方向发出 （定向照明）时，会更容易捕捉由粗糙的测量对象表面产生的阴影，从而实现稳定的测量。透过照明冲压零件齿轮环状落射照明树脂垫树脂成型品14同轴 （落射）照明它通过摄像镜头纵向往下照亮测量对象。 在这种照明中，由于照明是从镜头的方向发出的，因此可以接收到大量来自表面而直接朝向镜头的反射光。 测量对象表面的正规反射率越高，这种效果越明显。 这对于利用平面与锥形面之间的边缘或光亮透明测量对象的边缘进行测量非常有效

16、。同轴 （落射） 照明冲压零件光学零件 （透明）测量的视野： 25 mm / 6 mm再现性： 0.5 m /0.1 m这款全新概念测量仪采用专为缩短测量时间而设计的座标台，已经实现了仅需放置并按一下的简单测量，即使针对微小零件也是如此。 在几秒钟之内就可以测量 99 个点，无需定位测量对象与聚焦。即便是测量微小零件， 也只需放置、 按一下和处理测量的视野： 100 mm / 25 mm再现性： 1 m/ 0.5 m大直径远心镜头甚至能够在 100 mm 的视野中实现 “放置并按一下”测量。在几秒钟之内就可以测量九十九个特征，无需担心定位与聚焦。只需在 100 mm 视野内放置并按一下图像尺寸测量仪 IM 系列图像尺寸测量仪 IM-6500 系列 高精度型图像尺寸测量仪 IM-6500 系列 大视野型Copyright (c) 2012 KEYENCE CORPORATION. All rights reserved.IMOptial-KC-EN0410-CN 1102-2 E 64265