【技術(shù)文章】二次元影像測量?jì)x誤差是如何產(chǎn)生
二次元影像測量?jì)x是近十年來(lái)發(fā)展最為快速的幾何光學(xué)測量?jì)x，它是一種基于光學(xué)投影原理，結合應用現代光電技術(shù)和計算機處理技術(shù)，完成對試件邊緣輪廓金相瞄準來(lái)實(shí)現長(cháng)度尺寸測量的二維平面坐標位置測量?jì)x。該儀器能高效地檢測各種形狀復雜工件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，特別是精密零部件的微觀(guān)檢測與質(zhì)量控制。適用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、逆向工程、品質(zhì)檢測等領(lǐng)域。比起傳統的萬(wàn)能工具顯微鏡和投影儀，在硬件上增加了CCD攝像傳感器、數顯化光柵位置輸出裝置及自動(dòng)定位伺服控制系統，在測量或軟件功能上，具有自動(dòng)對焦、自動(dòng)瞄準及各種復雜自動(dòng)計算處理特點(diǎn)。電子和圖像處理技術(shù)的發(fā)展應用，為二次元影像測量?jì)x的多功能、高精度和自動(dòng)化程度提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐作用。應用于工廠(chǎng)現場(chǎng)測量的二次元影像測量?jì)x，通常其分辨率為0.001mm，測量不確定度一般為（3+L/200）μm左右，其中L為測量長(cháng)度（mm）。應用于精密計量、量值傳遞等高精度測量領(lǐng)域的二次元影像測量?jì)x，測量不確定度一般優(yōu)于（1.0+L/300）μm。
1、二次元影像測量?jì)x的結構組成及光學(xué)原理特點(diǎn)
二次元影像測量?jì)x一般由機械、照明、測長(cháng)、圖像采集、計算機和測量軟件等六部分組成。
二次元影像測量?jì)x的光學(xué)原理與普通投影儀很類(lèi)似，區別在于影像前者被測件的輪廓影像被CCD傳感器接收并由計算機進(jìn)行圖像采集和處理，后者則直接把影像投射到投射觀(guān)測屏，輪廓對準有操作者的人眼完成，因而導致兩者測量精度和自動(dòng)化程度相差很大。二次元影像測量?jì)x一般具有較大的測量范圍，通常配備有（0.7-4.5X）的變焦物鏡，照明光源除了常見(jiàn)的底光和頂光外，還有環(huán)形照明光，適合于底光和頂光都不能有效照明時(shí)應用。
2、二次元影像測量?jì)x的誤差來(lái)源
在二次元影像測量?jì)x上的測量均是單軸或二維平面坐標的測量，測量時(shí)先對焦，后對準，在讀數（計數），最后計算處理。讀數來(lái)自于標尺即光柵系統，對焦對準依靠顯微鏡光學(xué)系統，還有一個(gè)直接影響測量效果和精度的照明光源，因為，基于影像方法測量的儀器，如果被測件不能被有效正確的照明，則測量的結果顯然要偏離其真實(shí)尺寸。除前述因素外，環(huán)境條件也是制約測量精度不可忽視的因素?；谏鲜龇治?，可以歸納一下幾個(gè)方面的誤差來(lái)源：
1）光柵計數尺的誤差；
2）工作臺移動(dòng)時(shí)存在的直線(xiàn)度、角擺帶來(lái)的誤差；
3）工作臺兩測量軸垂直度帶了的誤差；
4）顯微鏡光軸與工作臺不垂直帶了的誤差；
5）測量室溫度帶來(lái)的誤差；
6）光源照明條件的變化帶來(lái)的對焦和對準誤差。
在這幾種因素中，前四項誤差，是硬件誤差，在儀器制造過(guò)程中已經(jīng)形成并固定下來(lái)，一般無(wú)法改變，溫度影響帶來(lái)的誤差，必須通過(guò)控制測量室的溫度和等溫過(guò)程來(lái)減小其影響。
最后一項則常被忽視，而在實(shí)際測量中，當光源照明條件改變時(shí)，直接影響被測工件的照明效果和影像質(zhì)量，主要是因為二次元影像測量?jì)x的圖像是通過(guò)CCD接收，盡管CCD具有自動(dòng)調節增益的功能，但當亮度過(guò)大時(shí)即失去調節功能，導致被測工件影像在縮小，當亮度過(guò)低時(shí)，工件影像反而變大。
這種影響，對于測量具有重復圖形結構之間的間距時(shí)，只要整個(gè)測量過(guò)程中照明條件保持不變，其影響可以忽略，因為每個(gè)重復圖形結構都同時(shí)在變大或者變小，間距的測量計算直接消除了影像變形的影響，如測量玻璃尺、網(wǎng)格板刻線(xiàn)間距；除了這種特殊情形外，如測量圓的直徑、工件的長(cháng)度和寬度，都將帶來(lái)明顯的誤差。
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