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臺碩檢測設備（蘇州）有限公司
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制造中心：蘇州市吳中區北官渡路38號吳中科技城
公司官網(wǎng)：www.hhjpgp.com
機器整體介紹：
基于光學(xué)成像的尺寸測量?jì)x器在制造領(lǐng)域應用廣泛，傳統的光學(xué)尺寸測量?jì)x器包括工具顯微鏡、投影儀、影像測量?jì)x（二次元）等，都存在檢測效率低、人為操作誤差、人員技能要求高、數據難以信息化等各種問(wèn)題。
一鍵式圖像尺寸測量?jì)x產(chǎn)品為新一代影像尺寸測量系統，通過(guò)遠心光學(xué)系統、高速信號采集處理、高精度圖像處理算法、機器學(xué)習智能算法、UI 軟件設計等技術(shù)，實(shí)現了對物體二維尺寸的快速成像測量，有效地解決了一次成像范圍與測量精度的矛盾，大幅度提高了檢測效率和測量精度，消除了人為誤差，實(shí)現了精密測量的自動(dòng)化和智能化。下表為本產(chǎn)品與傳統量具（數顯卡尺、千分尺等）、投影儀、工具顯微鏡、CNC 影像測量?jì)x等儀器設備在測量效率、人為誤差、操作便捷性、數據信息化等各方面的區別。
產(chǎn)品主要特點(diǎn)：
1.簡(jiǎn)便高效：大視野高景深成像，無(wú)需定位工件及夾具，單次測量周期為 1-2s，效率是傳統設備的數十倍；只需設置匹配特征、規劃測量項目?jì)蓚€(gè)準備步驟，即可實(shí)現多產(chǎn)品、多尺寸批量測量；避免了傳統影像測量?jì)x繁雜的操作流程，手經(jīng)短時(shí)間培訓即可熟練操作。
2.精準穩定：雙遠心光路結合圖像畸變校正、亞像素數值處理算法，實(shí)現高精度、高穩定性尺寸測量；精密電動(dòng)平臺配合可程控調節的正面照明系統，滿(mǎn)足用戶(hù)對復雜表面尺寸的準確測量。
3.柔性智能：點(diǎn)、線(xiàn)、圓等測量元素的智能組合，可靈活調用修改，減少規劃工作量；測量數據可實(shí)時(shí) SPC 統計分析，并以 Excel、PDF 、Word、圖片等格式保存；可智能識別被測產(chǎn)品并自動(dòng)調用檢測檔案，無(wú)需人工搜索選擇，快速切換產(chǎn)品；特定要素測量工具可定制，CAD 交互、輪廓比對等功能可選配。
4.適用性廣：具有立式、臥式兩大系列，適用平面及回轉體工件；產(chǎn)品量程覆蓋 20-200mm，滿(mǎn)足不同規格類(lèi)型產(chǎn)品測量；軟硬件接口豐富，可集成各類(lèi)測量傳感器、自動(dòng)化機構及數字化管理軟件，組成自動(dòng)化智能化系統。
5.自主成果：本產(chǎn)品具自主知識產(chǎn)權，成像組件均采用高性能進(jìn)口產(chǎn)品，圖像處理算法技術(shù)完全自主開(kāi)發(fā)，而非基于 Halcon、eVision 等商用軟件包，為用戶(hù)提供了更好的性?xún)r(jià)比選擇、更快速及時(shí)的技術(shù)服務(wù)，且避免了盜版等法律風(fēng)險。
技術(shù)指標：
設備型號 MX-50-05 視野范圍 46mm×38mm 圖像傳感器 500 萬(wàn)像素大像元工業(yè)相機 光學(xué)鏡頭 高精度雙側遠心光學(xué)鏡頭
光源
背面輪廓照明 遠心平行綠色 LED 光源 正面落射照明（選配） 環(huán)形白色 LED 光源 正面同軸照明（選配） 同軸照明 LED 光源（需與環(huán)形光源切換拆裝） Z 軸行程 30mm，電動(dòng)程控調節 數值顯示 0.001mm/0.0001mm 可選 景深 20mm 測量精度（±2σ） ±0.003mm 重復精度 ±0.001mm 計算處理平臺 DELL 工作站 PC，Windows 7/10，64bit
核心軟件算法
具備自主知識產(chǎn)權的核心算法技術(shù) 基于機器學(xué)習的圖像輪廓匹配算法 亞像素精度幾何測量算法 非線(xiàn)性光學(xué)系統畸變校正算法 多核、多 CPU、GPU 等圖像加速處理算法 外形尺寸 650mm×266 mm×230 mm 重量 20Kg 電源 AC 220V@50Hz ; 主機功耗<35w 工作環(huán)境 溫度 15-35℃；濕度 30%-80%；振動(dòng)<0.002g, 15Hz
軟件功能：
軟件終身免費升級。測量功能 線(xiàn)、圓、弧、角度等多種基礎測量元素組合，解決：二維輪廓測量的線(xiàn)距、夾角、圓徑等幾何特征值；基于數據擬合的特征參數測量（峰值線(xiàn)、峰值圓等）；虛擬參考基元（點(diǎn)、線(xiàn)、圓、夾角等）與實(shí)際基元的距離、夾角等幾何特征值；基于基元參數的位置公差（圓度、直線(xiàn)度、垂直度等）快速測量；智能檢索已保存的測量規劃文檔
智能檢索
放入產(chǎn)品后根據產(chǎn)品輪廓直接智能匹配已保存的測量規劃文檔，可根據輸入字符模糊搜索已保存的產(chǎn)品規劃文件
SPC 統計
專(zhuān)用數據庫，實(shí)現測量數據的實(shí)時(shí)存儲以及趨勢圖、X-Bar 的圖表處理
公差比對
測量規劃時(shí)對標準值及正負公差進(jìn)行設定，測量操作時(shí)自動(dòng)根據測量值進(jìn)行 OK/NG 判斷
報告導出
可將測量結果以 Excel、PDF、JPG 等多種文件格式進(jìn)行導出保存 其他功能 其他功能 根據應用要求具體協(xié)商
產(chǎn)品核心技術(shù)簡(jiǎn)介
1．雙遠心光學(xué)成像系統
雙遠心光學(xué)成像系統主要是指在物方、像方主光線(xiàn)平行于光軸的光學(xué)系統，其具有高分辨率、誤差小、專(zhuān)業(yè)精確測量“近乎零畸變”等特點(diǎn)。如圖所示為普通光學(xué)鏡頭與遠心鏡頭的成像區別，遠心鏡頭由于主光線(xiàn)與光軸平行，不存在普通光學(xué)鏡頭存在的成像遠近造成的視覺(jué)誤差，因此適合高景深范圍的光學(xué)測量。邊緣為光滑曲面的物體在背光源照射下經(jīng)普通的鏡頭成像時(shí)，由于邊緣是過(guò)渡變化的曲面，致使一部分光線(xiàn)經(jīng)邊緣反射后進(jìn)入鏡頭，并成像在 CCD 接收面上物體該邊緣部分在圖像中便呈現為亮區域，而物體在 CCD 接收面上實(shí)際應為暗區域。為消除上述誤差，采用遠心成像光學(xué)系統，保證了唯有與光軸平行或接近平行的光束能被 CCD 接收面接收，因此大大減小了物體邊緣不規則形態(tài)帶來(lái)的測量誤差，且消除了物距變化帶來(lái)的影響。因此，本產(chǎn)品選用遠心光學(xué)系統對被測件成像，在一定成像距離內無(wú)需調焦，可消除透視變形，打破了常規光學(xué)測量?jì)x器在測量前必須進(jìn)行調焦操作的局限性，大幅度縮減測量準備時(shí)間，為一鍵式圖像尺寸測量?jì)x實(shí)現“按一鍵，瞬間完成所有測量”奠定良好的基礎。
2．LED 照明系統光源為光學(xué)測量系統的關(guān)鍵部件，合適的照明光源可突出被測產(chǎn)品特征、提高測量精度。我公司技術(shù)團隊對 LED 光源結構設計進(jìn)行了大量設計仿真與實(shí)驗研究，設計了可自適應調節的組合式照明結構，通過(guò)成像參數對光源亮度進(jìn)行閉環(huán)控制，消除雜散光對輪廓成像精度的影響，充分保證待測物體投影的真實(shí)性。
（1）在背面投影照明時(shí)為了保障輪廓邊緣銳利度，采用與成像雙遠心鏡頭相同原理的遠心平行 LED 光源，實(shí)現背面投影方向與主光線(xiàn)平行的照明光束。
（2）在正面投射照明時(shí)，為了突出產(chǎn)品表面的起伏以及不同材質(zhì)及光澤的反
光特性，在主光源上采用多個(gè)角度組合的環(huán)形 LED 光源，并且在供電控制上實(shí)現程控分段控制，各段的亮度可單獨控制。
另外在針對一些表面光滑、邊緣整齊的產(chǎn)品表面成像測量時(shí)，可采用 LED 同軸光源，光線(xiàn)經(jīng) 45°分束器反射后，其投射方向將與相機同軸。
3．基于機器學(xué)習的圖像輪廓匹配算法
常規光學(xué)影像測量?jì)x器對待測件的擺放位置和方向有非常嚴格的要求（比如，要放置在有標記的區域，需夾具配合等），否則，將無(wú)法得到準確的測量結果，甚至根本無(wú)法完成測量。然而，待測件一般是微小物體，嚴格擺放這樣的物品并不容易，加長(cháng)了測量的準備時(shí)間。一鍵測量?jì)x就是要把操作員解放出來(lái)，允許他們隨意擺放待測件，從圖像上觀(guān)察，主要是高低錯位、順/逆時(shí)針旋轉及鏡像。在測量軟件中實(shí)現待測件圖像與其標準圖像的自動(dòng)配準，實(shí)際使用效果如圖。配準的前提則是圖像中的有效幾何特征，找到并提取出這些特征以確保圖像配準。在圖像處理過(guò)程中，由于圖像數字化表示所需數據的維數通常很高，直接對圖像的原始數據進(jìn)行處理十分困難。為了提高測量?jì)x測算速度，采用基于機器學(xué)習及模式識別的圖像輪廓匹配算法，獲取描述圖像自身的各類(lèi)特征。在實(shí)際應用中，噪聲干擾、遮擋和復雜環(huán)境不可避免地影響了描述目標特征的有效性和準確性，進(jìn)而最終影響目標識，因此在機器學(xué)習模式識別中，需要特別考慮識別的穩定性、顯著(zhù)性和獨特性。本產(chǎn)品利用測量目標邊界上的點(diǎn)獲得特征描述方式，能夠簡(jiǎn)便、直觀(guān)地完成對特征目標的描述，進(jìn)而實(shí)現輪廓匹配。本算法在研究過(guò)程中對參數和流程進(jìn)行了大量?jì)?yōu)化，將誤判率降低到最低程度，完成對高低錯位、順/逆時(shí)針旋轉及鏡像圖像的精確識別及匹配，保證在測量過(guò)程中可以隨意擺放待測件，減少測量準備時(shí)間。
4．亞像素精度幾何測量算法
圖像測量系統的數學(xué)模型是一個(gè)對被測物體亮度分布的幾次卷積的過(guò)程。由于卷積對函數具有平滑的作用，因此即使物體的亮度分布為較理想的階躍分布，系統的最終輸出也是一個(gè)由高到低或由低到高的漸變過(guò)程。另一方面，CCD 感光元不但接收照射到自身感光面的光，還感受照射到相鄰感光面的光，這同樣造成 CCD 器件對階躍邊緣的響應信號存在由明到暗或由暗到明的一個(gè)漸變過(guò)程。邊緣的亞像素位置恰好存在于這一過(guò)渡過(guò)程中的斜率最大的位置，因此采用插值及曲線(xiàn)逼近的方法獲得邊緣點(diǎn)的亞像素位置。插值法計算時(shí)間較短，抗噪能力和定位精度都較高，能夠有效提取亞像素邊緣，實(shí)現精確測量。本產(chǎn)品設計的亞像素精度幾何測量算法，能夠同時(shí)實(shí)現直線(xiàn)度、圓度、長(cháng)度尺寸等多種幾何量的自動(dòng)測量，基于高階插值、數值擬合等方法，確保測量精確度達到亞像素級別。
5．基于非線(xiàn)性技術(shù)的光學(xué)系統畸變校正算法
在高精度圖像尺寸測量應用中，鏡頭畸變校正具重要意義，即使是細微的畸變，也會(huì )造成精度嚴重滑坡。只有真實(shí)的圖像才能真實(shí)地反映物體的真實(shí)形態(tài)。但是鏡頭畸變是透鏡的固有失真造成的，實(shí)際應用中，還與鏡頭的精度、質(zhì)量、生產(chǎn)廠(chǎng)商有著(zhù)種種關(guān)聯(lián)，是不可避免的。通常的鏡頭畸變主要為非線(xiàn)性畸變，包括了徑向畸變和切向畸變。常見(jiàn)的桶形畸變和枕型畸變正是由徑向畸變所造成的。而切向畸變是理想點(diǎn)沿著(zhù)切線(xiàn)方向發(fā)生變化導致的，也可以理解為角度方向上的變化。因此，本產(chǎn)品對基于非線(xiàn)性技術(shù)的光學(xué)系統畸變校正算法進(jìn)行了研究，以提高測量精度以及測量效率。將非線(xiàn)性畸變參數作為相機的內部參數之一，通過(guò)對初值的獲取，聯(lián)合其他的內部參數一并在非線(xiàn)性深度優(yōu)化求解過(guò)程中獲得。最終利用得到的誤差補償函數的系數矩陣和徑向畸變參數，實(shí)現鏡頭畸變的誤差校正，有效改善了鏡頭畸變造成的檢測誤差，滿(mǎn)足工業(yè)測量過(guò)程中的實(shí)時(shí)性和高精度要求。
6．基于多核、多 CPU、GPU 加速等方式的圖像加速處理算法
由于一鍵式圖像尺寸測量?jì)x測量精度高、速度快，所用的各種算法時(shí)間復雜度高，數據量大，算法中存在大量的細粒度計算，對系統處理速度要求極高，常規的單核處理方式顯然無(wú)法滿(mǎn)足其應用需求。因此，我們的技術(shù)團隊開(kāi)發(fā)了基于多核、多 CPU、GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）加速等方式的圖像加速處理算法，利用并行式處理，結合 GPU 的通用計算來(lái)加速圖像處理計算中的輪廓匹配、亞像素精度幾何測量算法等，在保證測量精度的前提下，提高系統運算。上一篇：一鍵式影像測量?jì)x下一篇：沒(méi)有了
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