VMS250影像二维检测仪的应用

□ 胡艳凯 □ 徐瑞超

陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院 西安 710399

1 影像检测仪的发展

传统的测量主要是一维测量,通常以测量器具上某个点或某条刻线为基准,对物体进行测量,大都只能进行简单的长度测量和角度测量[1-2]。随着科技的进步,出现了光学测量仪器,主要利用光的反射、衍射,以及光沿直线传播的性质,由显微镜将物体放大若干倍数,再利用光栅尺或目镜进行读数。这类光学测量仪器包括投影仪、工具显微镜、光学坐标测量机等。坐标测量机的出现,加速了影像检测仪的问世。20世纪70至80年代,计算机视觉和图像识别技术迅速发展,世界上第一台影像检测仪问世[3-4]。这台影像检测仪结合了影像识别系统和软件处理系统,可以对零件进行精密测量。

目前,影像检测仪的整机性能稳定性高,检测功能丰富,成为检测行业热门的测量仪器。影像检测仪主要由机械部分、影像系统、计算机软件、驱动系统组成[5]。机械部分的主要功能是支撑和稳定。影像系统的主要功能是完成对物体轮廓特征的识别、放大,并传输至计算机软件。计算机软件根据不同的测量要求和标准,下发不同的命令对物体进行测量。驱动系统保障整个测量过程中所需要的动力,并对设备进行控制[6]。笔者介绍VMS250影像二维检测仪的应用。

2 结构

VMS250影像二维检测仪可以对物体进行平面二维检测,测量物体的长度、角度、内径、外径、弧长、圆心距,以及常见的几何误差,如直线度、平行度、圆度、圆柱度等。VMS250影像二维检测仪的主体结构主要包括机械主体、驱动控制系统、计算机软件系统,如图1所示。

机械主体主要包括测量工作台、支撑臂、坐标轴移动手轮,功能是支撑整个测量系统,对被测物体的位置进行调整和调焦。工作台和立柱分别内置轮廓光源、表面光源,通过调整坐标轴、光源强度、物镜倍数,使被测物体清晰地显示在计算机软件屏幕上。驱动控制系统主要提供操作过程中的动力,保证系统稳定性。根据测量标准和要求,计算机软件系统下发相应命令,对被测物体进行测量。测量结果可以保存并导出为文本或表格形式,便于进行数据处理,生成测量报告。

图1 VMS250影像二维检测仪结构

在计算机软件系统中,进行影像处理的软件为OvmLite。这是一款面向影像检测仪各种测量功能而研发的测量软件,通过施加不同命令对被测物体点、线、圆、圆弧等基本图形进行抓取,可以进行圆心距、角度、弧度、内径、外径等基本尺寸的测量,以及平行度、直线度、圆度、圆柱度等几何误差的检测。测量数据可以以表格或文本的形式导出。OvmLite软件操作界面如图2所示。

图2 OvmLite软件操作界面

3 测量实例

开机的顺序为先打开计算机,再打开VMS250影像二维检测仪,最后打开OvmLite软件。将被测物体放置在工作台上,并对准摄像头,进行调焦。VMS250影像二维检测仪的镜头为40倍连续变焦物镜。打开轮廓光,选择合适的放大倍数,同时上下调节立柱,直至在OvmLite软件中清晰显示被测物体为止。

笔者测量的物体为汽车减速器薄片零件,应用VMS250影像二维检测仪分别对这一零件的孔直径、孔心距、边长平行度进行测量,零件实物如图3所示。

图3 汽车减速器薄片零件实物

开机并调焦完成后,在OvmLite软件中选择三点圆命令,测量孔1和孔2的直径;选择圆圆距离命令,选中孔1和孔2,测量孔心距;选中直线4和直线5,以直线5为基准,测量直线4的平行度误差。测量现场如图4所示。将测量结果以表格形式导出,见表1。

图4 汽车减速器薄片零件测量现场

4 误差分析

VMS250影像二维检测仪在测量过程中不可避免地会出现误差,误差来源主要有三方面[7-9]。

表1 汽车减速器薄片零件测量结果 mm

(1) 光源分为轮廓光和表面光,光源的明暗程度会影响被测物体的成像清晰度。另外,镜头的放大倍数如果过大,会使调焦过程变得困难。因此,需要选择合适的光源亮度和镜头放大倍数,使被测物体成像清晰,减小测量误差。笔者在测量孔及直线数据时,使用轮廓光,物镜放大倍数选择为28倍。

(2) 在进行长度测量时,影像检测仪X轴、Y轴的垂直度误差会影响被测物体的成像方向,立柱与工作台的垂直度误差会影响成像质量。

(3) 在进行点、线、圆弧捕捉时,计算机的识别像素和分辨率会直接影响被测物体影像的识别及抓取,进而影响测量结果。

5 注意事项

在使用VMS250影像二维检测仪进行测量时,需要注意以下几点:

(1) 在进行测量前,检查电源及设备是否完好,清洁被测物体及工作台面,然后再开机;

(2) 测量过程中注意屏幕上被测物体的影像清晰度,若清晰度不佳,则需要调整镜头放大倍数或调节立柱位置;

(3) 测量导出数据后关机,关机顺序为OvmLite软件、VMS250影像二维检测仪、计算机;

(4) 使用环境温度应保持在20 ℃,温度梯度小于2 K/8 h,环境空气相对湿度保持在55%～65%之间,实验室振幅控制在2 μm内;

(5) 测量过程中,保持镜头、光栅尺、工作台等处于无尘状态。

6 结束语

笔者介绍了影像检测仪的发展和VMS250影像二维检测仪的结构,应用VMS250影像二维检测仪对汽车减速器薄片零件进行测量,并分析了测量误差的来源。VMS250影像二维检测仪具有较高的实用价值,使用后需要定期进行维护,避免设备外壳脏污,并做好光栅尺和工作平台的保养、清洁等工作[10]。