基于線(xiàn)陣CCD掃描的測量技術(shù)

0 引言
在基于機器視覺(jué)的零件二維尺寸測量通常采用面陣CCD相機作為圖像采集設備，由于面陣CCD相機的像素分辨率較低。使得在測量精度要求較高的場(chǎng)合很難完成測量任務(wù)。線(xiàn)陣CCD器件具有空間分辨率高的特點(diǎn)，可以實(shí)現高精度測量。近年來(lái)，利用線(xiàn)陣CCD進(jìn)行無(wú)接觸一維測量已經(jīng)得到廣泛應用。本文提出采用線(xiàn)陣CCD相機對零件進(jìn)行平行掃描采集零件圖像，實(shí)現零件二維尺寸的高精度測量。

1 線(xiàn)陣CCD掃描測量原理
線(xiàn)陣CCD掃描測量系統主要由線(xiàn)陣CCD相機、運動(dòng)工作臺、控制電路及線(xiàn)光源等組成，掃描測量原理如圖1所示。

被測零件放置于運動(dòng)工作臺上，隨工作臺一起以速度v向右方行進(jìn)，零件未進(jìn)入相機視場(chǎng)AB時(shí)，線(xiàn)光源所發(fā)射光線(xiàn)直接通過(guò)光學(xué)成像系統成為一幀灰度值較高的背景圖像，當零件進(jìn)入相機視場(chǎng)時(shí)，零件遮擋光線(xiàn)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(guò)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(xiàn)陣CCD掃描測量零件二維幾何尺寸的關(guān)鍵技術(shù)，也是影響系統測量精度的最主要因素。所謂掃描同步是指：?jiǎn)挝粫r(shí)間內線(xiàn)陣CCD相機所采集圖像總和對應的物方實(shí)際尺寸與零件的行進(jìn)速度相同。當掃描同步時(shí)，獲取的零件圖像與實(shí)際零件相比沒(méi)有發(fā)生變形，如圖2(a)所示，對其進(jìn)行處理的結果最接近零件尺寸的真實(shí)值；當相機采集速度大于零件行進(jìn)速度時(shí)，零件圖像被拉長(cháng)，如圖2(b)所示，對其進(jìn)行處理的結果將大于零件尺寸的真實(shí)值；當相機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。對其進(jìn)行處理的結果小于零件尺寸的真實(shí)值。

為保證對零件尺寸測量的準確性，需要進(jìn)行同步控制。線(xiàn)陣CCD的像素尺寸S為14μm×14 μm，線(xiàn)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像素所對應的物方尺寸L為：

則單位時(shí)間內線(xiàn)陣CCD相機所采集圖像總和對應的物方實(shí)際尺寸(即CCD相機掃描圖像速度v)為：

在這種情況下，要實(shí)現零件掃描同步則要求零件的行進(jìn)速度為21 mm／s。