基于机器视觉技术的万能工具显微镜计算机辅助测量系统

摘要

本课题是自拟工程应用类科研项目，主要研究目标是：对目前工厂应用非常广泛的万能工具显微镜进行改造，搭建出一套显微测量系统，完成对微型零件的显微放大及图像的采集、处理和测量，并最终给出被测零件特征尺寸的测量结果，以及对测量结果进行数据处理和精度分析。 近十余年来，机床高速化的进展极为迅速。从测量领域来看，一部分测量仪器在高速化、自动化方面有了明显的进步；但从整个行业来看，测量仪器高速化、自动化方面的进展远远滞后于机床行业，由此往往造成工序之间的不平衡。将先进的图像技术运用于测量领域以提高测量效率、缩短交货日期、加强与其他工序的联接、使货物流能顺畅进行，这是目前人们研究的主要课题，也是当今测量技术发展的新趋势。 万能工具显微镜是工厂应用非常广泛的显微测量仪器，传统的测量方式是手工操作，人眼采点读数，人工分析处理测量数据。这种方法有很多弊端，如：人眼读数容易疲劳，所读数据对精度影响较大，测量效率低，数据处理量大等等。本课题的研究正是基于这种考虑，通过将机器视觉技术引入显微测量领域，以期达到显微测量高速化、自动化的目的。 文中，作者首先认真分析了国内外在显微机器视觉方面的发展概况，研究了小尺寸测量的有关问题，确定了系统设计的总体研究方案。接下来详细阐述了步进驱动、光学显微系统、视频采集、传感器、夹具等软、硬件部分的设计。最终完成了:（1）在一台万能工具显微镜的基础上，搭建了一个显微测量平台。该平台受计算机控制，用步进电机实现载物台x-y方向上的平面移动，用传感器实现对工件位置的数据读取，用CCD摄像头实现图像输入。整个测量过程基本上通过电脑完成，不须或仅须少量人工干预；（2）用C++ builder高级语言进行软件编程和程序调试，开发出显微测量程序，实现对显微图像的测量和处理；（3）实现了与AutoCAD软件的数据交换；（4）针对显微测量这一类特殊的几何量测量，我们给出了影响测量结果的误差因素，并对测量结果进行了大致的精度分析；最后，对该系统我们进行了实验验证。实验结果表明，本套显微测量装置具有一定的测量可行性，对点、线、圆等简单元素构成的零件的显微测量达到了实用的水平。 本论文的研究成果为国内在机械、电子和集成电路等领域微型零件的测量提供了重要的参考价值。在此基础上进行进一步的开发研究工作，把该项技术实用化、产品化、市场化，将具有很大的现实意义。