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1、1997年11月重庆大学学报(自然科学版)Vol.20,l.6第20卷第6期JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)Nov.1997线阵CCD在异形回转体*轮廓尺寸测量中的应用TheApplicationofLinearyArrayofCCDinIrregular3-D肖沙里钟先信陈愚徐道连XiaoShaliZhongXianxinChenYuXuDaolian(重庆大学光电精密仪器系,重庆,400044;第一作者44岁,男,副教授)摘要讨论利用线阵CCD图象测量方法。配备Z、Y二维运动工作台及绕Z轴
2、回转数显工作台,对异形回转体三维轮廓尺寸进行检测。用Marr边缘检测算子对CCD获得的原始灰度图象进行处理,采取最小二乘法完成曲线拟合,获得亚象元分辨率。对5200mm异形回转体零件进行尺寸测量,测量系统精度达到Lm级,并给出了试验结果。关键词位置测量仪/线阵CCD;边缘检测中国图书资料分类法分类号TH741.1;TH741.6ABSTRACTAnimagemetrologymethodusinglinerCCDcameraisdiscussedinthispa-per.WiththeworkingtablethatcouldmovesinZ、Ydimensio
3、nsandrotatesaroundtheZ-ax-is,the3-Dexternalprofileofanirregularrotaryobjectisdetected.Inordertogetthesub-pixelresolution,theoriginaldataimagefromCCDisprocessedbyMarr.sedgepositiondetectalgo-rithm,andthezerocrosspositionisdetectedbytheleastsquarefittingmethod.Inthemesure-mentofanirreg
4、ularrotarypartwhichhasthesizeof5200mm,themeasureresolutionofthedetectsystemreachestheLmlevel.Theresultofexperimentisalsodiscussed.KEYWORDSpositionmeasurementinstruments;thelinearCCDarray;edgegydetection0引言随着现代科学技术的发展,物体表面轮廓的三维测量已成为现代测试技术的一个重要分支。作为物体三维轮廓测量方法中,常用的有三坐标测量法、干涉测量法、莫尔等高线法、相
5、位测量法等。基于非接触式在线测量,CCD图象测量方法较其它方法有其自身优势,测量效率高。对那些薄壁、软质易变形以及有化学污染一类的加工零件能实施非接触在线快速测量。电耦合器件CCD由于具有自扫描、光电灵敏度高、几何尺寸精确、敏感单元尺寸小等一*收文日期1996-11-0186重庆大学学报(自然科学版)1997年[1]系列优点,因而被广泛的用于工业非接触测量领域中。在精密定位、尺寸测量等方面,光敏面上均表现为空间光强分布的形式,经过数据采集和处理获得被测图象有关信息。随着计算机技术的普及,采用CCD器件和计算机数据采集、光学成象,机械运动组成的图象测量系统,能实时
6、的对被测图象进行快速采样、存储和数据处理,实现光机电一体化设计。本文介绍对5000像元线阵摄像机及其图象卡对异型回转体轮廓的三维尺寸非接触测量进行研究,取得满意的效果。1测量原理及方法CCD图象测量原理如图1所示:当入射光在CCD象元上成象时,入射光被CCD象元吸收并产生相应数量的光生电荷,在光积分期间,光生电荷被积累并存储在彼此隔离的象元的势阱中,每个象元势阱中所积累的信号电荷数与照射在该象元面上的平均照度和光积分时间的乘积成正比,在电图1CCD图象测量原理荷转移期间,光生电荷依次转移至输出区,通过复位脉冲的控制,在输出级形成视频信号,每次积分的输出波形代表目
7、标光图象在CCD采样方向的瞬态强度的空间分布。由CCD输出的模拟信号是一个个脉冲信号,这些随时间变化的脉冲信号与随空间分布的光敏像元一一对应,通过物距、像距关系及CCD输出脉冲[2]量的计算来检测零件尺寸。本文针对异型回转体零件轮廓尺寸的检测进行研究,工件尺寸为R=100mm到R=120mm的变化范围的异形回转体零件。考虑零件尺寸较大,如采用全视场的接收工件图象,CCD采集到的是一个缩小倍率很大的像,这将引入较大误差。图2所示的一种测量方案,利用对工件轮廓边缘进行局部检测,将提高图象测量系统的分辨率和精度,有效的满足了测量精度的要求,图象检测装置如图2所示。图2
8、异形回转体外轮廓图象测量
