威申：测量方法对影像测量仪测量误差的影响

　　近年来，由于我国工业的飞速发展，影像测量仪被更多企业所熟悉。它改善了传统和现代的检测方法中具有的效率低、精度差、成本高、灵活性不高等缺点，通过CCD摄像系统将放大后的物体影像送入计算机来高效地检测各种复杂工件的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置，特别是精密零部件的微观检测与质量控制。而在日益成熟的影像测量仪使用过程中，我们也难免造成较大的测量误差，下面我们就利用汽车塑胶旋钮标记的测量来详细的分析影响测量仪在测量过程中的误差产生。

　　一、误差的产生：测量时，造成误的差主要有系统误差和随机误差。系统误差是由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准等原因会产生误差。它是一台影像测量仪出厂就决定了的，是我们在测量过程中无法改变的。随机误差是在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而偏大，时而偏小的误差现象，它则是我们通过改变环境、测量方法等手段可以无限减小的。

　　二、影像测量仪的误差产生：影像测量仪主要由运行平台、光源、CCD摄像机及相应的镜头组构成，而影像测量仪的误差则有测量仪本身机械结构产生的误差、CCD摄像头畸变产生的误差、测量方法不同而产生的误差。由于后期工程师的校准、补偿，影像测量仪在测量过程中系统误差则已经固定，剩余的只有在测量过程中的人为误差和测量方法的误差。

（图1）

　　三、测量过程中的误差分析：我们选用汽车塑胶旋钮标记的测量来详细的分析影像测量仪在测量过程中误差的产生。

（图2）

　　1、测量环境

　　2、测量分析

　　为了达到批量化检测，我们把12个标准旋钮安装在同一个托盘上，然后进行程序测量，通过分析12的旋钮的测量值和标准值只差来分析我们在各种测量环境下的误差。

（图3）

　　a、首先利用橡皮泥直接把托盘固定在影像测量仪的玻璃平台上，利用上光源，在托盘的两个边线建立坐标，采用框选的测量工具来测量每个旋钮上的标记。前后分手动测量和自动测量。手动测量不会出现问题，但由于有人为误差的产生，抓点的不准确，所以偏离标准值较大，误差在50微米左右。改用自动程序测量，不存在人为误差的情况下，误差缩小到了30微米左右，但重复性误差同样在30微米左右。但在自动程序测量过程中，由于托盘在平台高速运动中固定的不稳定性，有部分测量时测量边界不在框选工具内，造成了抓不到相应的点或者抓点不准确的情况。

　　b、为了更好的托盘定位我们再托盘下面制作了专门的夹具来固定托盘，确保托盘的稳定性，测量效果明显重复性误差有所降低，在20微米左右。那么现在的重复性误差又是如何产生的呢？经过我们的分析，由于塑胶托盘自身误差的存在，每个旋钮在托盘上安装的过程中存在一定的偏差，同样在跑程过程中会产生抓取到杂点的现象。

　　c、如果说我们无法改变托盘所产生的误差，我们唯一能改变的就是测量方法，我们尽可能的把测量坐标移动到每个旋钮上，而每测量一个旋钮就建立一个坐标系，这样的话就避免了托盘所带来的误差。经过试验，重复性误差立即缩小至3个微米左右。剩下的则是我们的测量误差，也就是测量方法所导致误差了。

　　d、我们共使用了三种测量方法：一是用旋钮后部的两条直线构造中线，再求中点，最后和旋钮的底座圆心构造一条整个旋钮的中线，测量旋钮上白色标记两边和中线的距离来判断白色标记的位置。二是利用旋钮前部两个圆弧的圆心构造中点，再利用后部两个圆弧的圆心构造中点，最后由两个中点构造出整个旋钮的中线进行测量。三是直接用旋钮上白色标记所在凹槽的两个圆弧中点直接构造旋钮的中线测量。认真分析图纸后，我们突然发现旋钮的底座圆并没有尺寸上的要求，所以不能当做基准，另外旋钮前后的圆弧也不是受控尺寸，从原理考虑，最精确的测量应该是第三种方法。经过测量，事实也同样证明第三种方法最准确，测量精度竟小于了10个微米，远远小于图纸公差，真实的反映了旋钮的标准值。

（图4）　　　　　　　　（图5）　　　　　　　　（图6）

　　四、结论

　　对于产品精度要求原来越高是现代工业发展的必然趋势，我们改进测量仪的过程中，测量方法也不可忽略。经过以上的测试，对于一台影像测量仪误差的产生，我们要从大概三个方面来减小其误差：

　　1、首先减小人为误差。在影像测量仪测量过程中人为误差就是在测量过程中对视觉的判断差异和操作不当等所产生，而现代工业中，要求效率和精度的情况下，我们必须采用自动化程序来完成所有测量，这样就会忽略人对测量的影像，从而减小人为误差。

　　2、其次减小固定方式带来的误差。由于现代零部件外形的复杂化，在测量过程中必须有一个合理的固定方式，这样不但能消除部分误差，而且能更好的适应批量化检测。

　　3、再次选择合理的坐标基准。坐标系是测量中不可缺少的部分，也是测量中精度保证的关键。要建立一个合理的坐标系，必须熟悉产品，认真分析图纸，按照设计、加工等工艺进行建立坐标系，这样才能尽可能的消除积累误差，达到检测的准确性。

　　4、最后就是测量方法。一个好的测量方法不但能减小测量的误差，更能节省测量时间，使得测量达到事半功倍的效果，它同样要熟悉零部件加工工艺、装配工艺等。有了好的仪器，再有好的测量方法，这样才能把仪器的作用淋漓的发挥出来。

　　五、结束语

　　实际上，各项误差对测量结果的影响是综合的，只要按照操作规范要求作业，再配上正确有效的测量解决方案，其综合影响很小，完全能够满足施测精度。发现测量误差及时消除或减弱其影响是一个综合性问题，要求作业中的测量者充分发挥自己的聪明才智和潜能，就能获得详实、准确的测量成果。

（威申）

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