CN1936497A - 带图像处理系统的轮廓测量投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪，包括透射光源、测台、放大物镜、平面镜面反光镜组、毛玻璃屏幕，其特点是：放大物镜后安装有一分光装置，分光装置一侧设置由凸透镜和凹透镜组成的组镜及CCD摄像机，透射光源发射的光路经放大物镜后到达分光装置，分光装置的透射光路通过平面镜面反光镜组到达毛玻璃屏幕，分光装置的反射光路经由凸透镜和凹透镜组成的组镜到达CCD摄像机的感应元件面上，CCD摄像机连接到计算机，计算机中有图象采集及边界识别、轮廓测量程序。在进行大屏幕轮廓投影的同时，采用CCD数字摄像技术和图像处理技术对轮廓进行数值化测量，避免了人工误差和外界光干扰，测量精度高。同时，使用方便。

Description

带图像处理系统的轮廓测量投影仪

技术领域

本发明涉及检测仪器技术领域，是生产过程中工件的检验设备，具体说是一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪。

背景技术

工件的质量检验有多种方法，不规则形状的加工件的质量通常采用轮廓比较的方法来检验，轮廓投影仪作为轮廓比较仪器已经有近百年的历史了。轮廓投影仪的基本原理是：通过放大物镜将被测物体的轮廓精确地放大投影到毛玻璃屏幕上，再将按照同样比例精确放大后的被测件的轮廓图纸与毛玻璃屏幕上的影像进行重叠比对，以确定测件轮廓的加工质量。

开始，这种比较是人工手动的，随着现代物理学及光电技术的发展，出现了基于光电感应技术上的数值光珊技术，并且很快地被应用于加工机械上。数值光珊将机械位移转换为电脉冲信号，每个脉冲对应一定的长度。用这种方法对毛玻璃屏幕上工件的影像进行扫描，再通过计算机以及适当的数值处理软件，将所获得的测件影像上轮廓的点的坐标还原成轮廓的几何元素，使轮廓投影仪成为了轮廓测量投影仪。

轮廓测量投影仪的关键是边界识别，在手动寻边取点阶段，是将屏幕的毛玻璃上仅有的十字刻划线(十字标)作为参照物。将十字标的中心(十字交叉点)移动到对准轮廓影像的边缘，然后测取该点的坐标。这种取点方式人为的观测误差较大，不能使用于精密测量。

近二十年发展起来的自动寻边技术弥补了人工取点的不足，并且使轮廓投影仪进入了数控阶段。自动寻边技术是基于光电转换技术上的，一个光敏元件对准取点位置，并监视一个小区域上(一个小孔或一段光导纤维截面上)的光通量的强弱。当一边界段通过该小区域时，该小区域内的光通量发生变化(逐渐变小)。当光通量小至设定值时，则边界识别器认为此处为边界点，并自动发出脉冲信号通知数显系统进行取点。这种取点方式已经排除了人为的识差，从而具有一定的可重复性。然而，光敏元件必须有一定的光通量才能感应，因此，它所监视的区域不能无限小，一般在两到三个毫米范围(小孔直径或者光导纤维直径)。除此之外，边界从各个方向上进入该区域均可引起相同的光通量的改变。因此，在一个方向上设定的光通量的值并不适用于其它方向，即在其它方向上将产生较大的取点偏差。

此外，边界识别器的安装位置一定程度上影响了测量的准确性：由于毛玻璃上无从安装固定边界识别器中的感应元件(通常是光导纤维)，因此，必须通过一个横跨屏幕直径的固定在毛玻璃金属旋转框上的有机玻璃来固定玻璃纤维，这就是外装边界识别器。光导纤维非常脆弱，为避免折断，必须将光导纤维的端部用金属包裹起来，从而增加了端部直经，以至于在小边界段的情况下，往往无法正确地确定取点的正确位置。另外，屏幕中心为十字标刻划线的交汇处，此处并不透光，边界识别器取不到点。为避开此处，玻璃纤维必须放至于偏离十字标中心的位置上。这样就造成了用边界识别器取点与用十字标中心取点的偏差(两点的坐标值不相等)，从而增加了测量的难度，引起更大的测量偏差。除此之外，外装边界识别器因为其感光点安装在毛玻璃屏幕的外面，因此，极易受到外界光照的影响，例如：阳光直射及照明灯光的照射等都可能导至附加的测量偏差以及测量结果的不可重复性。现在世界上绝大多数的仪器生产商只掌握了外装边界识别器的技术。

内装边界识别器是将光路一分为二。一路将测件轮廓影像投影至毛玻璃屏幕上，而另一路则通过分光镜片将测件轮廓影响投影至光敏元件的感光面上。由于内装边界识别器安装在光路之中，因此，从根本上排除了外界光照的影响，确保了测量结果的可重复性。但边界识别仍然是在一个小区域上进行的，而非真正意义上的点的感应，因此，仍然不能达到很高的精度。另外，由于分光的作用，测量与眼观是在不同的平面上进行的，而边界识别器与毛玻璃屏幕十字标中心的对中又是通过人的感觉来进行的，因此，两点之间仍然存在着微小偏差，从而影响取点位置的正确性，给测量带来不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪，采用图象处理技术对被测工件轮廓进行自动测量，避免人工误差和外界光干扰，提高测量精度，同时，使用方便。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的：一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪，包括：透射光源、测台、放大物镜、平面镜面反光镜组、毛玻璃屏幕，其特征在于：放大物镜后安装有一分光装置，分光装置一侧设置由凸透镜和凹透镜组成的组镜及CCD摄像机，透射光源发射的光路经放大物镜后到达分光装置，分光装置的透射光路通过平面镜面反光镜组到达毛玻璃屏幕，分光装置的反射光路经由凸透镜和凹透镜组成的组镜到达CCD摄像机的感应元件面上，CCD摄像机连接到计算机，计算机中有图象采集及边界识别、轮廓测量程序。

所述的分光装置是单面镀有半透明膜的平板透镜或者是一个由两块三角棱镜粘接而成的正方体透镜，且上述两三角棱镜的粘接面上镀有半透明膜。

所述的凸透镜与凹透镜之间的间距可以进行调节。以便组镜的聚焦面能够位于CCD摄像机的感应元件面上。

所述的镀在平板透镜上的半透明膜或组成正方体透镜的两三角棱镜粘接面上镀的半透明膜的透光率为50％。

本发明的优点和积极效果是：在进行大屏幕轮廓投影的同时，采用CCD数字摄像技术和图像处理技术对轮廓进行数值化测量，具有半透明膜的分光装置和间距可调的凸透镜、凹透镜组保证了投射到毛玻璃屏幕和CCD感应面上影像的一致和准确，避免了人工误差和外界光干扰，测量精度高。同时，使用维护方便。

附图说明

图1为本发明一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪的一个小型水平光路

实施例的结构示意图；

图2为本发明一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪之带有半透明镀膜的平面透镜示意图；

图3为本发明一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪之带有半透明镀膜的正方体透镜示意图；

图4为本发明一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪之小型垂直光路实施例的结构示图；

图5为本发明一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪之中型斜面垂直光路

实施例的结构示图。

具体实施方式

参见附图1，一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪，包括：透射光源1、测台2、放大物镜3、平面镜面反光镜组5、毛玻璃屏幕6，在放大物镜3后安装有一分光装置7，分光装置7一侧设置由凸透镜8和凹透镜9组成的组镜及CCD摄像机10。如图2、图3所示，分光装置7是单面镀有半透明膜14的平板透镜15或者是一个由两块中间粘接面镀有半透明膜14的三角棱镜粘接而成的正方体透镜13。半透明膜14的透光率为50％，这样当光线到达半透明膜14时，50％的光强沿原方向传播，而剩余50％的光强将被半透明膜14反射开来。

将被侧工件12放置在测台2，透射光源1照射在被侧工件12上，经放大物镜3后的光路4到达平板透镜15的半透明膜14，半透明膜14将光路4分成透射光路4-1和反射光路4-2两部分，透射光路4-1通过平面镜面反光镜组5达到毛玻璃屏幕6，反射光路4-2经凸透镜8和凹透镜9到达CCD摄像机10的感应元件面上，凸透镜8和凹透镜9之间的间距可以进行调节，从而保证了到达CCD摄像机10感应元件面上的影像清晰。

CCD摄像机10连接到计算机11，计算机11读取CCD摄像机10摄取的被测物体的数字图像，一方面将其显示在计算机11的屏幕上，另一方面通过图像处理软件根椐灰度比值进行边界取点，以确定边界点的坐标。由于CCD摄像机10的感应单元(像素)的像元尺寸是微米级的，图像本身又是被放大了的(约30倍)，所以，取点是在细观范围内进行的，因而，大大地提高了取点的精度，计算机11连续进行边界取点，最终得到轮廓图象。

本发明所提供的轮廓投影测量方法完全不同于以往的外装或内装边界识别器的方法，其成功的先决条件是投射到CCD摄像机感应面上的图像必须清晰且无失真，本发明所提供的光路系统有效地保证了这一点。

在实际使用中，可以根据被测物体形状和大小采用不同位置的光路系统，如图4所示的小型垂直光路轮廓投影仪光路；图5所示的中型斜面垂直光路轮廓投影仪光路，等等。这些光路系统虽然形式不同，但有着相同的结构和工作原理。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种带图像处理系统的轮廓测量投影仪，包括：透射光源(1)、测台(2)、放大物镜(3)、平面镜面反光镜组(5)、毛玻璃屏幕(6)，其特征在于：放大物镜(3)后安装有一分光装置(7)，分光装置7一侧设置由凸透镜(8)和凹透镜(9)组成的组镜及CCD摄像机(10)，透射光源(1)发射的光路(4)经放大物镜(3)后到达分光装置(7)，分光装置(7)的透射光路(4-1)通过平面镜面反光镜组(5)到达毛玻璃屏幕(6)，分光装置(7)的反射光路(4-2)经由凸透镜(8)和凹透镜(9)组成的组镜到达CCD摄像机(10)的感应元件面上，CCD摄像机(10)连接到计算机(11)，计算机(11)中有图象采集及边界识别、轮廓测量程序。

2、按照权利要求1所述的带图像处理系统的轮廓测量投影仪，其特征在于：所述的分光装置(7)是单面镀有半透明膜(14)的平板透镜(12)或者是一个由两块三角棱镜粘接而成的正方体透镜(13)，且上述两三角棱镜的粘接面上镀有半透明膜(14)。

3、按照权利要求1或2所述的带图像处理系统的轮廓测量投影仪，其特征在于：所述的凸透镜(8)与凹透镜(9)之间的间距可以进行调节。

4、按照权利要求2所述的带图像处理系统的轮廓测量投影仪，其特征在于：所述的镀在平板透镜(12)上的半透明膜(14)或组成正方体透镜(13)的两三角棱镜粘接面上镀的半透明膜(14)的透光率为50％。

5、按照权利要求3所述的带图像处理系统的轮廓测量投影仪，其特征在于：所述的镀在平板透镜(12)上的半透明膜(14)或组成正方体透镜(13)的两三角棱镜粘接面上镀的半透明膜(14)的透光率为50％。

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