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影像测量仪如何校准?有什么注意事项?

编辑:金沙官网        发布日期:2018-09-06        点击量:546

      影像测量仪是近来出现的一种非接触式坐标类几何量计量仪器,并随着图像处理技术、计算(calculate )机技术以及自动控制(control)技术的发展,在这3,5年的时间内得到了快速发展和普及(指遍布、遍及於一般),并有取代投影仪、工具显微镜等传统光学仪器的趋势。仪器校准将量测仪器或标准件加以测试与调整以了解其准确度之行为,称为仪器校验。校准可能包括以下步骤:检验、矫正、报告、或透过调整来消除被比较的测量装置在准确度方面的任何偏差。那么影像测量仪如何校准(calibration)呢?对于二维平面的影像测量仪与三维的影像测量仪需要专业(Specialty)的从业人员来做校准,针对这个问题云海商机咨询(consultation)了市检测服务有限企业的总经理先生,热情而专业的他对于影像测量仪的校准规范与实际工作(job)的经验(experience)做出以下分享。首先,对于规范所体现的校准理念来讲,与以往有着明显的差异,主要体现在:

  (1)由面向要素的校准(calibration)转变为面向结果的校准。仪器校准将量测仪器或标准件加以测试与调整以了解其准确度之行为,称为仪器校验。校准可能包括以下步骤:检验、矫正、报告、或透过调整来消除被比较的测量装置在准确度方面的任何偏差。查看校准规范会发现,新的影像测量仪校准规范并未对影响此类非接触式坐标类计量仪器(appliance)的一些具体参数如导轨的直线度,相互垂直度,光轴与工作台面的垂直度等提出具体的要求,转而对尺寸测量误差,探测误差,各截面测量结果的一致性提出了更为深刻具体的要求,较好的反映了仪器在各种状态下所得出测量结果准确程度。显然,传统的仪器校准理念更适合于生产性企业(Enterprise)对于仪器各项参数的具体控制;然而,对于仪器的终端客户来说,仪器各个要素的误差对于最终测量结果的影响有多大往往并不容易知道,不利于使用方对测量结果进行直观的判断。因此,面向结果的校准理念更适合终端客户理解、使用。这也是近年来规程、校准规范更新体现出来的一个大趋势。

  (2)由最优校准(calibration)转变为注重实际的校准。仪器校准校准指校对机器、仪器等使准确。在规定条件下,为确定测量仪器或测量系统所指示的量值,或实物量具或参考物质所代表的量值,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。以投影仪的校准作为比较,投影仪的规范当中,限定了校准的环境条件(tiáo jiàn),镜头的倍率采用50倍等,目的是得出仪器的最佳计量参数,而不考虑客户(kè hù)的实际使用情况(Condition)。实际使用当中很多客户存在环境条件、测头配置等偏离校准条件的情况,校准结果对于客户的实际使用状态并不能直接反映。而影像测量(cè liáng)仪校准规范对于校准条件的具体规定更贴近实际,允许在极限内由客户决定校准的环境条件;对于测量系统(system)的配置(放大倍数、照明等)没有做出硬性规定,而只是开放性的提出了要考虑这些因素(factor);仪器的瞄准逼近方式也默认为双向逼近。这些理念的转变就使得校准可以在贴近用户实际的情况下进行,校准结果也更直接,更便于使用,当然开放性的规范的运用也对仪器校准人员提出了更高要求。JJF1318-2011《影像测量仪校准规范》也于2011年11月发布,12年2月开始正式实施。本规范的校准理念和方法(method),较之以往的光学仪器有较大的差异,现就规范理解和一些具体的操作实践总结与大家共同来探讨。     

下面对于规范的一些条款进行具体论述分析。 

1、测量系统的配置       
测量系统的配置对于仪器校准的结果具有直接的影响。本规范当中,对于仪器校准系统的配置是要求仪器校准人员根据实际情况加以考虑。实际操作中可以这样来选择较为合理可行:A对于验收校准:按照仪器的说明书、供应商的技术合同(contract)当中的要求配置影像系统;B日常校准:可按照客户日常使用配置进行仪器校准,如仪器校准结果无法满足客户运用要求,可以与客户协商优化仪器设置(set up)(如镜头倍率、光源设置等),并建议日常使用保持该设置。

2、仪器校准项目和仪器校准方法   规范中列出了影像测量仪共有两大类7个校准参数,一类是探测误差,包含P2D,Pv,Pz;另一类是尺寸误差,包含Exy,Ev,Ec,Ez。这些项目并非对每一台仪器都适用,笔者按照现在仪器的技术特点,将仪器划分为三个层次,以及每个仪器可以校准的参数供参考。 层次1的仪器,一般都是早期的影像测量仪,仅用摄像头和显示器来捕捉显示被测对象,一般无数据处理(processing)系统或仅有简易数据处理器,依靠人工找正、压线、手动测量。该类仪器只能校准,对角线方向如有工件坐标旋转功能的仪器可建立工件坐标系后再测量;无建立工件坐标功能的仪器可以在线纹尺测量轴线与被测线纹相交处采点坐标的方法,用勾股定理计算(calculate )点点坐标距,以对仪器平面测量性能做一个判别,但这样对压线瞄准要求较高,纵横方向都要压准。

层次2的仪器的特点是一般都配有计算机系统和功能较完备的测量App,具有在工件影像上采点测量,组合评价的功能,但是受成本、技术水平的限制,仪器存在Z轴方向无测量功能或仪器自动对焦的重复(repeat)性不够好,Z轴相对X,Y轴的垂直度,摄像机光轴相对Z轴的平行度没有经过严格校准等缺陷。该类仪器可根据实际情况校准Ev,P2D,Pv,Exy。这类仪器的Pz一般都较大,可以用高倍率瞄准一个尖点,而后切换到低倍率观察十字星变动情况来快速检查定性,市面常见的仪器大都在(0.Ox~0.1x)mm的范围(fàn wéi),远大于仪器的尺寸测量误差允差。自动对焦重复性不好,Ez,EC参数也就无从校验。这类仪器可在简单检查后可与客户进行沟通,告知仪器只适用于平面定倍测量,如客户不需要具体数据就不用花费很多精力去测量一些没有使用价值的参数。    

层次3的仪器特点是系统配置完善,摄像机性能优异,对焦算法精确,有些配备了触发测头,机械(machinery)三轴和光轴经过了严格的校准,这类仪器技术水平完全达到了光学坐标测量机的要求。这类仪器按《影像测量仪》或《坐标测量机》校准规范来实行校准都未尝不可,可按实际需求来灵活掌握。这里面一个校准难点是Ez,规范中说明可以用量块或台阶规进行校准。对于没有触发测头,利用镜头对焦来进行Z轴测量的仪器,选择对焦点比较有难度。如果是为了对比度较好选择边缘对焦,就会受到量块倒角的影响;选择工作(job)面的中间只能对一些很轻的划痕对焦,而每个量块工作面情况不一样,对焦效果也不甚理想甚至无法对焦。这里笔者建议可以在量块工作面上用油性笔画出对焦标记,校准完成后再用酒精擦拭干净。对于镜头倍率的选择,在厂商有明确要求的时候可以按照厂商规定;没有参考的时候该如何选择,笔者也做了对比试验。在不同倍率下对同一目标重复对焦10次,结果列下表2。    

可见倍率升高,对焦重复性就变好,但并不是倍率越大的时候最好。因为最大倍率时候,受镜头成像品质(Character),被测物放大后边缘状况等因素影响,所得图像边缘质量往往不是最高的。这个实验结果虽然因仪器配置、性能、标准器不同而会有所差异,但是选择仪器的中高倍率进行校准还是比较可行的。 此外,还有一类比较特殊的工作台固定式的影像测量仪,规范也已经说明了仅校准Ev。对于采用定焦镜头的仪器,相应的PZ也无法进行校准。    

在开展仪器校验的时候,笔者总结了一个比较合理的校准顺序供大家参考。首先是对仪器进行初始状态的校准。包括选择适合的测量系统配置(照明、镜头倍率等);有自动对焦功能的仪器调节(adjust)到中高倍率,对线纹进行重复对焦考察重复性,或查阅仪器说明书确认仪器Z轴是否有测量功能;对准固定目标点,将镜头倍率从大倍率切换到小倍率观察光轴瞄准点有无明显偏移,以初步确认仪器的技术状态和采取的校准方案。最后,在选定的配置下,按仪器操作步骤进行影像系统标定,内对焦镜头可以在Ev超差时再检查标定数据。然后按照Ev,Pv,P2D,Exy,Ez,Ec,Pz顺序进行校准,而不必按照规范表2的顺序实行。先校准Ev可以确定影像系统标定无差错,不会因影像系统标定差错导致测量其他参数超差后再重新标定重复校准。其他项目测量顺序也是考虑了由简到繁,由误差源少的项目到综合各项误差的项目,目的是在测量到某些项目出现异常时可以有前面的校准数据作为支撑,来判断是仪器本身问题还是校准操作过程有问题。     

以上是在多年工作经验中,对影像测量仪进行仪器校准和仪器校正(词义:校对改正)时的一些体会和具体操作实践的总结,希翼与大家的交流中不断提高相关仪器的校准技术。
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