基于線陣CCD掃描的測(cè)量技術(shù)

0 引言
在基于機(jī)器視覺的零件二維尺寸測(cè)量通常采用面陣CCD相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，由于面陣CCD相機(jī)的像素分辨率較低。使得在測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合很難完成測(cè)量任務(wù)。線陣CCD器件具有空間分辨率高的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。近年來，利用線陣CCD進(jìn)行無接觸一維測(cè)量已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。本文提出采用線陣CCD相機(jī)對(duì)零件進(jìn)行平行掃描采集零件圖像，實(shí)現(xiàn)零件二維尺寸的高精度測(cè)量。

1 線陣CCD掃描測(cè)量原理
線陣CCD掃描測(cè)量系統(tǒng)主要由線陣CCD相機(jī)、運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、控制電路及線光源等組成，掃描測(cè)量原理如圖1所示。

被測(cè)零件放置于運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)一起以速度v向右方行進(jìn)，零件未進(jìn)入相機(jī)視場(chǎng)AB時(shí)，線光源所發(fā)射光線直接通過光學(xué)成像系統(tǒng)成為一幀灰度值較高的背景圖像，當(dāng)零件進(jìn)入相機(jī)視場(chǎng)時(shí)，零件遮擋光線使得采集圖像含有零件輪廓信息，將所有輸出圖像按采集的先后關(guān)系進(jìn)行拼接，即可得到完整的高分辨率零件圖像，通過圖像處理得到零件的二維幾何尺寸。

2 掃描同步控制
掃描同步控制是線陣CCD掃描測(cè)量零件二維幾何尺寸的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響系統(tǒng)測(cè)量精度的最主要因素。所謂掃描同步是指：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)線陣CCD相機(jī)所采集圖像總和對(duì)應(yīng)的物方實(shí)際尺寸與零件的行進(jìn)速度相同。當(dāng)掃描同步時(shí)，獲取的零件圖像與實(shí)際零件相比沒有發(fā)生變形，如圖2(a)所示，對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果最接近零件尺寸的真實(shí)值；當(dāng)相機(jī)采集速度大于零件行進(jìn)速度時(shí)，零件圖像被拉長(zhǎng)，如圖2(b)所示，對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果將大于零件尺寸的真實(shí)值；當(dāng)相機(jī)采集速度小于零件行進(jìn)速度時(shí)，零件圖像被壓縮，如圖2(c)所示。對(duì)其進(jìn)行處理的結(jié)果小于零件尺寸的真實(shí)值。

為保證對(duì)零件尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行同步控制。線陣CCD的像素尺寸S為14μm×14 μm，線掃描速度vx為500幀／秒，鏡頭焦距f為50 mm，鏡頭到零件的距離D為150 mm，則CCD像素所對(duì)應(yīng)的物方尺寸L為：

則單位時(shí)間內(nèi)線陣CCD相機(jī)所采集圖像總和對(duì)應(yīng)的物方實(shí)際尺寸(即CCD相機(jī)掃描圖像速度v)為：

在這種情況下，要實(shí)現(xiàn)零件掃描同步則要求零件的行進(jìn)速度為21 mm／s。