委件表面轮廓扫描测绘设备对平面度的测量

委件表面轮廓扫描测绘设备对平面度的测量

樊嘉颖, 陆华平, 过啸鸿

上海市质量监督检验技术研究院  上海市  200031

【摘要】现阶段我国极为重视各类材料的表面轮廓扫描及测绘工作，但因此项工作仍处于初期发展阶段，因此还没全面解决对材料表面轮廓及平面度的测量问题。鉴于此，本文基于委件表面轮廓扫描测绘设备这一专业仪器视角，对平面度开展实际测量，确保为后续丰富该领域的相关研究尽些许绵力。

【关键词】平面度测量；在线测量；表面轮廓扫描

委件表面轮廓扫描测绘设备是一种对物件表面微观轮廓与宏观几何形貌开展扫描、测量的专业设备。而平面度则为形位公差内的一类，即为物体表面具备宏观凹凸高度对照理想平形成的偏差值。传统平面度测量常用方法有塞规/塞尺测量法、液平面法、平晶干涉法及打表测量法等。

一、委件表面轮廓扫描测绘设备概述

委件表面轮廓扫描测绘设备具有如下突出特征，即测量精确性好，技术性能出色，应用普及度高、测量速度迅速及操作方便快捷，因此此测绘设备主要用于满足对测量精度要求高，同时测量速度快的项目，如物件平面度的测量。该设备与多测头系统可实现有效的功能兼容，如即可配备光学CCD影像测头，也可使用激光测头，因此此设备用于委件表面轮廓及平面度的测量具有实际意义。

其性能如下：其一，X向横梁选定的技术为精密斜梁工艺；其二，Y向导轨选定独特且直观的定位结构，可直接连接在物件测量工作台；其三，导轨方式选定气浮导轨，该导轨为高精轴承组成，可实现四面环抱型静压；其四，此设备驱动系统选定为性能极高的直流伺服电机，同时配备柔性同步传动设备，并且各轴全部安装限位，实现控制电子化，确保轮廓扫描更快捷、测绘性能更出色；其五，Z向主轴安装有气动平衡装置设备，可以随意调节以确保该轴测量精度得以提升；其六，控制系统选定为先进的双计算机专用多坐标管控系统；其七，扫描系统配备以3D误差修正CAA技术，确保扫描的高精芳与测量的稳定性。

二、委件表面轮廓扫描测绘设备对平面度的测量

（一）平面度测量的基本原理

委件表面轮廓扫描测绘设备借助三角测量这一机理，由设备扫描仪内的半导体激光仪借助聚光透镜将激光光束反射至被测件的表面，随后一个光斑由此形成，将被测件轮廓扫描照亮，而在设备另一端与激光器形成某个角度的相机则借机进行轮廓线的采集，被测工件随着设备开展上下位置的平面移动，经由相机完成拍照的平面度测量数据采集，以形成一整套轮廓线图像。为确保图像处理更为有效与直观，该测绘设备所备相机要具有彩色摄像扫描功能，确保物件不同高度、平面等以差异化的颜色进行展示，借助颜色匹配与检验技术，依照设备运行时图像颜色对照各类参考色彼此间的距离后，匹配分数由此生成。与检验物体平面度常用仪器不同的是，轮廓扫描设备测量的任意一组数据均对应物件测量点的坐标值，因此计算基准平面，则一定要对测量点数据开展拟合。

（二）平面度测量的图像处理

其一，像素地图化。像素地图化是将输入图像具体像素值映射至输出图像的常见手段之一。测绘设备内置相机拍摄完成输入图像后，像素地图化依照直方图数据自动完成映射生成，确保图像视觉特点被进一步增强。把16位图像降低至8位，有选择性地将特定区域内的像素值予以保留。要借助选择性像素保留以使物件特征更为显著，使低对比度的物件平面度特征具有更高的可见性，使图像物件特征可视化，用以提升平面度测量的准确度。随后创建复合像素映射函数，把不同的二维线性映射对应到与之匹配的输入像素值中，由3D剖面摄像机内进行过滤。综上可知，像素地图化即为依照输入图像的直方图数据信息，设立两个或多个参考点，每一参考点定义单一输入像素对照单一输出像素数值间形成的映射。在任意一对参考点彼此间建立像素值映射的过程即为像素地图化，映射数据集最终生成映射函数。所有参考点的具体输入像素值均被映射至参考点所明确定义的输出像素值。假定某个映射点被指定，则全部输入像素值均映射至此单个映射点匹配的输出像素值。若有映射点被宝，则借助单个线性映射以完成输出像素映射。

其二，觉检测算法。为使测绘仪器镜头畸变得以矫正，同时精准获得在世界坐标系内被测物米制单位的具体坐标，要先行明确相机的内外方位设定参数。设备采集卡完成图像采集以后，计算机先开展图像的预处理，结束后借助理想的图像模板开展模板匹配，以确保被测量物体被精准、迅速地定位，同时将其大致坐标进行输出。如果待匹配图像与预定模板实现绝对匹配，则开展进一步的物件精确边缘定位及平面度测量。

其三，图像测量借助对被测量物图像内边缘而掌握其具体几何参数的整个过程。鉴于此，图像边缘提取也是平面度检测的核心基础。在开展USB-C平面度检测前，要先行对被测量物件图像边缘范围开展精确且高清的定位，借助图像匹配得出的输出坐标系开展粗略定位，随后依照被测件边缘特征开展二次精确定位。边缘幅度图像为以输入图像内像素的边缘幅度为基础形成的输出图像，全部灰度图像均保持一致，即其像素灰度值均们于0至255这区间范围内。如果形成边缘幅度数值形成高出255的数值，则上限值可调整成286。如果像素难以实现超出255灰度值的像素保存，则Sobel算子极易丢失部分输入图像，这些图像具较高的边缘性信息，为此必须采取一定的方法加以弥补。第一，设置科学的缩放因子。为确保物体边缘幅度图像隐含的全部边缘均得到精确展示，为部分对比度较高的输入图像设置幅度低的缩放因子；第二，以全像素峰值这一检测手段为基础优化Sobel算子。边缘幅度图像内的边缘可实现多像素的跨越，具体由测绘设备内置的相机种类或测量环境照明等不同因素综合确定。第三，设置边缘滞后阈值，同时结合全像素峰值进行综合检测，以此优化边缘幅度图像，并由得得到精确度更高的边缘信息。

结语

本文以委件表面轮廓扫描测绘设备为切入点，对利用该设备开展平面度的测量进行分析。在明确测绘设备优点及性能的前提下，明确测绘设备对平面度测量的基础使用原理与图像处理。从分析中可知，委件表面轮廓扫描测绘设备因测量精确性好、技术性能出色、应用普及度高、测量速度迅速及操作方便快捷等突出优势，而被应用于各类平面度的测量，其得出的图像像素高且纹理丰富，可有效提升平面度测量的精度与准度，使平面度测量在节约成本的赐教，也为后续开展相关测量提供一定借鉴。

参考文献：

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