專利名稱：帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測儀器技術領域，是生產過程中工件的檢驗設備，具體說是一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀。
背景技術：
工件的質量檢驗有多種方法，不規(guī)則形狀的加工件的質量通常采用輪廓比較的方法來檢驗，輪廓投影儀作為輪廓比較儀器已經有近百年的歷史了。輪廓投影儀的基本原理是通過放大物鏡將被測物體的輪廓精確地放大投影到毛玻璃屏幕上，再將按照同樣比例精確放大后的被測件的輪廓圖紙與毛玻璃屏幕上的影像進行重疊比對，以確定測件輪廓的加工質量。
開始，這種比較是人工手動的，隨著現(xiàn)代物理學及光電技術的發(fā)展，出現(xiàn)了基于光電感應技術上的數(shù)值光珊技術，并且很快地被應用于加工機械上。數(shù)值光珊將機械位移轉換為電脈沖信號，每個脈沖對應一定的長度。用這種方法對毛玻璃屏幕上工件的影像進行掃描，再通過計算機以及適當?shù)臄?shù)值處理軟件，將所獲得的測件影像上輪廓的點的坐標還原成輪廓的幾何元素，使輪廓投影儀成為了輪廓測量投影儀。
輪廓測量投影儀的關鍵是邊界識別，在手動尋邊取點階段，是將屏幕的毛玻璃上僅有的十字刻劃線(十字標)作為參照物。將十字標的中心(十字交叉點)移動到對準輪廓影像的邊緣，然后測取該點的坐標。這種取點方式人為的觀測誤差較大，不能使用于精密測量。
近二十年發(fā)展起來的自動尋邊技術彌補了人工取點的不足，并且使輪廓投影儀進入了數(shù)控階段。自動尋邊技術是基于光電轉換技術上的，一個光敏元件對準取點位置，并監(jiān)視一個小區(qū)域上(一個小孔或一段光導纖維截面上)的光通量的強弱。當一邊界段通過該小區(qū)域時，該小區(qū)域內的光通量發(fā)生變化(逐漸變小)。當光通量小至設定值時，則邊界識別器認為此處為邊界點，并自動發(fā)出脈沖信號通知數(shù)顯系統(tǒng)進行取點。這種取點方式已經排除了人為的識差，從而具有一定的可重復性。然而，光敏元件必須有一定的光通量才能感應，因此，它所監(jiān)視的區(qū)域不能無限小，一般在兩到三個毫米范圍(小孔直徑或者光導纖維直徑)。除此之外，邊界從各個方向上進入該區(qū)域均可引起相同的光通量的改變。因此，在一個方向上設定的光通量的值并不適用于其它方向，即在其它方向上將產生較大的取點偏差。
此外，邊界識別器的安裝位置一定程度上影響了測量的準確性由于毛玻璃上無從安裝固定邊界識別器中的感應元件(通常是光導纖維)，因此，必須通過一個橫跨屏幕直徑的固定在毛玻璃金屬旋轉框上的有機玻璃來固定玻璃纖維，這就是外裝邊界識別器。光導纖維非常脆弱，為避免折斷，必須將光導纖維的端部用金屬包裹起來，從而增加了端部直經，以至于在小邊界段的情況下，往往無法正確地確定取點的正確位置。另外，屏幕中心為十字標刻劃線的交匯處，此處并不透光，邊界識別器取不到點。為避開此處，玻璃纖維必須放至于偏離十字標中心的位置上。這樣就造成了用邊界識別器取點與用十字標中心取點的偏差(兩點的坐標值不相等)，從而增加了測量的難度，引起更大的測量偏差。除此之外，外裝邊界識別器因為其感光點安裝在毛玻璃屏幕的外面，因此，極易受到外界光照的影響，例如陽光直射及照明燈光的照射等都可能導至附加的測量偏差以及測量結果的不可重復性?，F(xiàn)在世界上絕大多數(shù)的儀器生產商只掌握了外裝邊界識別器的技術。
內裝邊界識別器是將光路一分為二。一路將測件輪廓影像投影至毛玻璃屏幕上，而另一路則通過分光鏡片將測件輪廓影響投影至光敏元件的感光面上。由于內裝邊界識別器安裝在光路之中，因此，從根本上排除了外界光照的影響，確保了測量結果的可重復性。但邊界識別仍然是在一個小區(qū)域上進行的，而非真正意義上的點的感應，因此，仍然不能達到很高的精度。另外，由于分光的作用，測量與眼觀是在不同的平面上進行的，而邊界識別器與毛玻璃屏幕十字標中心的對中又是通過人的感覺來進行的，因此，兩點之間仍然存在著微小偏差，從而影響取點位置的正確性，給測量帶來不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的問題而提供一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，采用圖象處理技術對被測工件輪廓進行自動測量，避免人工誤差和外界光干擾，提高測量精度，同時，使用方便。
本發(fā)明的目的是通過以下技術措施實現(xiàn)的一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，包括透射光源、測臺、放大物鏡、平面鏡面反光鏡組、毛玻璃屏幕，其特征在于放大物鏡后安裝有一分光裝置，分光裝置一側設置由凸透鏡和凹透鏡組成的組鏡及CCD攝像機，透射光源發(fā)射的光路經放大物鏡后到達分光裝置，分光裝置的透射光路通過平面鏡面反光鏡組到達毛玻璃屏幕，分光裝置的反射光路經由凸透鏡和凹透鏡組成的組鏡到達CCD攝像機的感應元件面上，CCD攝像機連接到計算機，計算機中有圖象采集及邊界識別、輪廓測量程序。
所述的分光裝置是單面鍍有半透明膜的平板透鏡或者是一個由兩塊三角棱鏡粘接而成的正方體透鏡，且上述兩三角棱鏡的粘接面上鍍有半透明膜。
所述的凸透鏡與凹透鏡之間的間距可以進行調節(jié)。以便組鏡的聚焦面能夠位于CCD攝像機的感應元件面上。
所述的鍍在平板透鏡上的半透明膜或組成正方體透鏡的兩三角棱鏡粘接面上鍍的半透明膜的透光率為50％。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是在進行大屏幕輪廓投影的同時，采用CCD數(shù)字攝像技術和圖像處理技術對輪廓進行數(shù)值化測量，具有半透明膜的分光裝置和間距可調的凸透鏡、凹透鏡組保證了投射到毛玻璃屏幕和CCD感應面上影像的一致和準確，避免了人工誤差和外界光干擾，測量精度高。同時，使用維護方便。


圖1為本發(fā)明一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀的一個小型水平光路
具體實施例方式
參見附圖1，一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，包括透射光源1、測臺2、放大物鏡3、平面鏡面反光鏡組5、毛玻璃屏幕6，在放大物鏡3后安裝有一分光裝置7，分光裝置7一側設置由凸透鏡8和凹透鏡9組成的組鏡及CCD攝像機10。如圖2、圖3所示，分光裝置7是單面鍍有半透明膜14的平板透鏡15或者是一個由兩塊中間粘接面鍍有半透明膜14的三角棱鏡粘接而成的正方體透鏡13。半透明膜14的透光率為50％，這樣當光線到達半透明膜14時，50％的光強沿原方向傳播，而剩余50％的光強將被半透明膜14反射開來。
將被側工件12放置在測臺2，透射光源1照射在被側工件12上，經放大物鏡3后的光路4到達平板透鏡15的半透明膜14，半透明膜14將光路4分成透射光路4-1和反射光路4-2兩部分，透射光路4-1通過平面鏡面反光鏡組5達到毛玻璃屏幕6，反射光路4-2經凸透鏡8和凹透鏡9到達CCD攝像機10的感應元件面上，凸透鏡8和凹透鏡9之間的間距可以進行調節(jié)，從而保證了到達CCD攝像機10感應元件面上的影像清晰。
CCD攝像機10連接到計算機11，計算機11讀取CCD攝像機10攝取的被測物體的數(shù)字圖像，一方面將其顯示在計算機11的屏幕上，另一方面通過圖像處理軟件根椐灰度比值進行邊界取點，以確定邊界點的坐標。由于CCD攝像機10的感應單元(像素)的像元尺寸是微米級的，圖像本身又是被放大了的(約30倍)，所以，取點是在細觀范圍內進行的，因而，大大地提高了取點的精度，計算機11連續(xù)進行邊界取點，最終得到輪廓圖象。
本發(fā)明所提供的輪廓投影測量方法完全不同于以往的外裝或內裝邊界識別器的方法，其成功的先決條件是投射到CCD攝像機感應面上的圖像必須清晰且無失真，本發(fā)明所提供的光路系統(tǒng)有效地保證了這一點。
在實際使用中，可以根據(jù)被測物體形狀和大小采用不同位置的光路系統(tǒng)，如圖4所示的小型垂直光路輪廓投影儀光路；圖5所示的中型斜面垂直光路輪廓投影儀光路，等等。這些光路系統(tǒng)雖然形式不同，但有著相同的結構和工作原理。
當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發(fā)明的實質范圍內，作出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，包括透射光源(1)、測臺(2)、放大物鏡(3)、平面鏡面反光鏡組(5)、毛玻璃屏幕(6)，其特征在于放大物鏡(3)后安裝有一分光裝置(7)，分光裝置7一側設置由凸透鏡(8)和凹透鏡(9)組成的組鏡及CCD攝像機(10)，透射光源(1)發(fā)射的光路(4)經放大物鏡(3)后到達分光裝置(7)，分光裝置(7)的透射光路(4-1)通過平面鏡面反光鏡組(5)到達毛玻璃屏幕(6)，分光裝置(7)的反射光路(4-2)經由凸透鏡(8)和凹透鏡(9)組成的組鏡到達CCD攝像機(10)的感應元件面上，CCD攝像機(10)連接到計算機(11)，計算機(11)中有圖象采集及邊界識別、輪廓測量程序。
2.按照權利要求1所述的帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，其特征在于所述的分光裝置(7)是單面鍍有半透明膜(14)的平板透鏡(12)或者是一個由兩塊三角棱鏡粘接而成的正方體透鏡(13)，且上述兩三角棱鏡的粘接面上鍍有半透明膜(14)。
3.按照權利要求1或2所述的帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，其特征在于所述的凸透鏡(8)與凹透鏡(9)之間的間距可以進行調節(jié)。
4.按照權利要求2所述的帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，其特征在于所述的鍍在平板透鏡(12)上的半透明膜(14)或組成正方體透鏡(13)的兩三角棱鏡粘接面上鍍的半透明膜(14)的透光率為50％。
5.按照權利要求3所述的帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，其特征在于所述的鍍在平板透鏡(12)上的半透明膜(14)或組成正方體透鏡(13)的兩三角棱鏡粘接面上鍍的半透明膜(14)的透光率為50％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀，包括透射光源、測臺、放大物鏡、平面鏡面反光鏡組、毛玻璃屏幕，其特點是放大物鏡后安裝有一分光裝置，分光裝置一側設置由凸透鏡和凹透鏡組成的組鏡及CCD攝像機，透射光源發(fā)射的光路經放大物鏡后到達分光裝置，分光裝置的透射光路通過平面鏡面反光鏡組到達毛玻璃屏幕，分光裝置的反射光路經由凸透鏡和凹透鏡組成的組鏡到達CCD攝像機的感應元件面上，CCD攝像機連接到計算機，計算機中有圖象采集及邊界識別、輪廓測量程序。在進行大屏幕輪廓投影的同時，采用CCD數(shù)字攝像技術和圖像處理技術對輪廓進行數(shù)值化測量，避免了人工誤差和外界光干擾，測量精度高。同時，使用方便。
文檔編號G01B11/25GK1936497SQ20061006932
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月8日 優(yōu)先權日2006年10月8日
發(fā)明者趙政康 申請人:趙政康