CN100432621C - 利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法，包括以下步骤：将一个物理尺寸已知且与待测件的材质相同的标准件和一个与待测件的材质相同的参考件同时放在光学成像测量系统中，使标准件和参考件同时独立成像，根据公式f＝x₀K₁/K₀计算出修正系数f，其中K₁是标准件像素尺寸，K₀是参考件像素尺寸，x₀是标准件物理尺寸；取出标准件换上一个待测件，使待测件和参考件同时独立成像，由公式x＝(K_x/K₁′)f可以计算出待测件的物理尺寸x，其中K_x为待测件的像素尺寸，K₁′为本次测量中参考件的像素尺寸。本发明的测量方法可以自动消除温度变化的影响，不需要在恒温条件下进行测量就可以得到比较准确的测量结果，特别适用于对成批同材质的待测件进行测量。

Description

利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，特别是涉及一种利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法。

背景技术

利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行测量时，是用光源对被测物体进行照射，使被测物体在CCD的光敏面上成像，由测量系统对图像进行处理，并根据图像的像素尺寸计算出被测物体的物理尺寸。

由于物体的几何尺寸随着环境温度的变化而变化，并且这种变化规律是非线性的，很难得到其精确的数学模型。因此环境温度的变化会影响测量结果的准确性，尤其在精确测量系统中，这个影响尤其突出。在现有的光学成像测量方法中，为了避免环境温度的影响，测量只能在恒温条件下进行，在测量房间中安装恒温设施，对周围环境的温度条件要求比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法，这种方法不需要在恒温条件下进行测量就可以得到比较准确的测量结果。

为了解决上述技术问题，本发明的方法包括以下步骤：

a)准备一个物理尺寸已知的标准件，该标准件与待测件的材质相同；

b)从一批材质相同的待测件中任取一个作为参考件；

c)将所述标准件和参考件同时放在光学成像测量系统中，使标准件和参考件同时在CCD上独立成像，根据公式 $f=\frac{x_0{K}_1}{K_0}$ 计算出测量系统的修正系数f，式中x₀为标准件的物理尺寸，K₀为标准件的像素尺寸，K₁为参考件的像素尺寸；

d)取出标准件；

e)将一个待测件放入光学成像测量系统中原标准件的位置，使待测件和参考件同时在CCD上独立成像，根据公式 $x=\frac{K_x}{{K_1}^{\′}}f$ 可以计算出待测件的物理尺寸x，其中K_x为待测件的像素尺寸，K₁′为本次测量中参考件的像素尺寸；

f)重复上述步骤e)可对材质相同的其它待测件进行逐一测量。

本发明的原理是一种参考测量法，即利用一个参考件与待测件同时进行光学成像测量，根据待测件与参考件像素尺寸的比值，再乘以一个固定的修正系数就可以计算出待测件的精确尺寸。由于参考件和待测件处在同一个环境条件下并且材质相同，受温度的影响基本相同，因此本发明的测量方法可以自动消除温度变化的影响，不需要在恒温条件下进行测量就可以得到比较准确的测量结果。对温度条件的要求大大降低，环境适应性更强。修正系数f是通过参考件与一个已知尺寸的标准件对系统进行标定时获得，也是根据这二者像素尺寸的比值算出，因此也可以认为不受温度变化的影响。本发明的测量方法特别适用于对成批同材质的待测件进行测量，测量时只要用标准件对参考件标定一次，以后就可以用这个参考件作为参照，对其它同材质的待测件进行重复测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的测量方法中与步骤c)相对应的光学成像测量系统的示意图。

图2是本发明的测量方法中与步骤e)相对应的光学成像测量系统的示意图。

图3是CCD上待测件和参考件的成像示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测量方法所用光学成像测量系统包括一个CCD感光元件5、一个半透半反射分光镜4、两个LED光源1、11和两个透镜3、13，其中一组LED光源、透镜与另一组垂直布置，一个LED光源1发出的光线通过透镜3和半透半反射分光镜4后在CCD5上成像，另一LED光源11发出的光线通过透镜13并经过半透半反射分光镜4的反射后在CCD感光元件5上成像。

在利用上述系统对物体的尺寸进行精密测量时，首先准备一个与待测件的材质相同的标准件，该标准件的物理尺寸是已知的，最好由国家权威机构进行鉴定，因为以后所有的测量结果将以这个标准件为准。还要从一批材质相同的待测件中任取一个作为参考件。

然后利用标准件对系统进行标定：将标准件2和参考件12同时放在光学成像测量系统中，标准件2置于一组LED光源1和透镜3之间，参考件12置于另一组LED光源11和透镜13之间，如图1所示，使标准件和参考件同时在CCD上独立成像，通过图像处理计算可以得到CCD上图像的像素尺寸，设标准件的物理尺寸为x₀，标准件此时的像素尺寸为K₀，参考件此时的像素尺寸为K₁，则由于光学系统成像的线性比例特性，可以得到： $x_0=\frac{f}{K_1}{K}_0$ 式中f为测量系统的修正系数，从而计算出 $f=\frac{x_0{K}_1}{K_0}.$ 可以理解，在参考件不变的情况下，f为定值，并不受温度变化的影响。

接下来就可以利用标定好的系统对待测件进行测量，保持标定时的参考件12不动，取出标准件2，换上待测件6，由传动系统将待测件自动定位在原标准件的位置，如图2所示。调节光学系统，使待测件和参考件同时在CCD的光敏面上成像，如图3所示，待测件的图像6’与参考件的图像12’在CCD感光元件5上相互独立而不发生重叠。设参考件在本次测量中的像素尺寸为K₁′，待测件的像素尺寸为K_x，则待测件的物理尺寸x可以根据公式 $x=\frac{K_x}{{K_1}^{\′}}f$ 计算出来。

换上另外一个同材质的待测件，可以重复测量，而无需重新进行标定。因此本发明的方法特别适用于对一批材质相同的待测件进行逐一测量。

由于参考件和待测件处在同一个环境条件下并且材质相同，受温度的影响基本相同，因此根据公式 $x=\frac{K_x}{{K_1}^{\′}}f$ 计算出来的待测件物理尺寸可以自动消除温度变化的影响，不需要在恒温条件下进行测量就可以得到比较准确的测量结果。

Claims (1)

1.一种利用光学成像测量系统对物体的尺寸进行精密测量的方法，其特征是包括以下步骤：

a)准备一个物理尺寸已知的标准件，该标准件与待测件的材质相同；

b)从一批材质相同的待测件中任取一个作为参考件；

c)将所述标准件和参考件同时放在光学成像测量系统中，使标准件和参考件同时在CCD上独立成像，根据公式 $f=\frac{x_0{K}_1}{K_0}$ 计算出测量系统的修正系数f，式中x₀为标准件的物理尺寸，K₀为标准件的像素尺寸，K₁为参考件的像素尺寸；

d)取出标准件；

e)将一个待测件放入光学成像测量系统中原标准件的位置，使待测件和参考件同时在CCD上独立成像，根据公式 $x=\frac{K_x}{{K_1}^{\′}}f$ 可以计算出待测件的物理尺寸x，其中K_x为待

测件的像素尺寸，K₁′为本次测量中参考件的像素尺寸；

f)重复上述步骤e)可对材质相同的其它待测件进行逐一测量。

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