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第一章 概述 1

1.1 影像测量仪器的发展历史 1

1.1.1 光学测量仪器的发展 2

1.1.2 坐标测量机的发展 5

1.1.3 影像测量仪的发展 10

1.1.4 影像测量仪与其他测量仪器 12

1.2 影像测量仪的结构组成 14

1.2.1 测量仪器的基本结构 14

1.2.2 影像测量仪的基本结构 16

1.3 影像测量仪的分类 18

第二章 机械主体 20

2.1 影像测量仪的结构型式 20

2.1.1 柱式影像测量仪 21

2.1.2 固定桥式影像测量仪 21

2.1.3 移动桥式影像测量仪 22

2.2 导轨 23

2.2.1 滑动摩擦导轨 24

2.2.2 滚动导轨 25

2.2.3 气浮导轨 27

2.3 传动机构 29

2.3.1 丝杠传动 30

2.3.2 同步带传动 31

2.3.3 钢带传动 32

2.3.4 联轴器 33

2.4 构件材料 34

2.4.1 铸铁 34

2.4.2 钢 34

2.4.3 花岗石 35

2.4.4 陶瓷 36

2.4.5 铝合金 36

2.5 标尺系统 36

2.5.1 光栅尺 36

2.5.1.1 光栅的工作原理 37

2.5.1.2 光栅尺的性能指标 40

2.5.1.3 玻璃透射光栅 41

2.5.1.4 金属反射光栅 42

2.5.2 磁栅尺 43

2.6 天准影像测量仪的机械主体设计 45

第三章 驱动控制系统 47

3.1 基本控制原理 47

3.1.1 开环和闭环系统 47

3.1.2 PID控制器 49

3.2 控制系统的结构 53

3.2.1 典型结构 53

3.2.2 结构实例 54

3.3 控制器 55

3.3.1 坐标采集 56

3.3.2 运动控制 58

3.3.3 光源控制 60

3.3.4 镜头控制 62

3.3.5 手柄控制 63

3.3.6 状态监控 64

3.3.7 参数管理 64

3.3.8 通信功能 64

3.4 电机与驱动器 65

3.4.1 步进电机 65

3.4.2 交流伺服电机 68

3.4.3 直流伺服电机 71

3.4.4 驱动器 74

3.5 驱动控制系统的发展趋势 75

第四章 影像探测系统 76

4.1 照明装置 77

4.1.1 照明 77

4.1.2 工件的光学特性 77

4.1.3 光源 79

4.1.3.1 光源特性 79

4.1.3.2 卤素灯光源 81

4.1.3.3 荧光灯光源 81

4.1.3.4 LED光源 81

4.1.4 照明方案设计 84

4.1.5 影像测量仪常用的照明方案 87

4.2 镜头 89

4.2.1 镜头的基本参数 90

4.2.2 镜头的技术指标 92

4.2.3 镜头的选型 94

4.2.4 远心镜头 95

4.3 图像传感器 98

4.3.1 CCD器件成像原理 98

4.3.2 CMOS器件 100

4.3.3 CCD器件参数 100

4.4 图像采集 103

4.4.1 图像数据流向 103

4.4.2 图像采集卡 104

4.5 影像成像模型 106

4.6 天准影像探测系统方案 111

第五章 测量算法 114

5.1 图像预处理技术 115

5.1.1 图像的平滑 115

5.1.1.1 邻域平均滤波器 116

5.1.1.2 中值滤波器 118

5.1.1.3 高斯滤波器 118

5.1.2 对比度增强 119

5.1.2.1 线性变换 120

5.1.2.2 曲线变换 121

5.1.3 边缘锐化 122

5.2 寻边算法 124

5.2.1 图像二值化 124

5.2.1.1 迭代方法选取阈值 125

5.2.1.2 直方图分析法 126

5.2.1.3 局部阈值 126

5.2.2 形态学滤波 129

5.2.3 边缘检测 131

5.2.4 边缘连接 134

5.2.4.1 启发式搜索 134

5.2.4.2 曲线拟合 135

5.2.4.3 Hough变换 135

5.3 数据拟合 137

5.3.1 最小二乘法的基本原理 138

5.3.2 直线的拟合 140

5.3.3 圆的拟合 141

5.3.4 平面的拟合 143

5.3.5 其他数据拟合方法 145

5.3.5.1 遗传算法 145

5.3.5.2 模拟退火算法 145

5.3.5.3 人工神经网络 146

第六章 影像测量软件 147

6.1 基本功能 147

6.1.1 机台控制功能 147

6.1.1.1 平台控制 148

6.1.1.2 变倍镜头控制 149

6.1.1.3 自动聚焦功能 149

6.1.1.4 光源控制 150

6.1.2 几何量测量功能 151

6.1.2.1 测量的四要素 151

6.1.2.2 坐标系的建立 152

6.1.2.3 几何要素测量 154

6.1.2.4 三维测量 158

6.1.2.5 形位公差设定 159

6.1.2.6 复制功能 160

6.1.3 自动测量功能 163

6.1.4 输入输出功能 164

6.2 增强功能 165

6.2.1 SPC分析功能 166

6.2.2 图纸比对 171

6.2.3 全景扫描 172

6.2.4 小模数齿轮测量 172

6.2.5 自动试验筛校准功能 174

6.3 测量软件的发展趋势 175

第七章 误差补偿、验收与校准 177

7.1 常用标准器具 178

7.1.1 量块 178

7.1.2 步距规 179

7.1.3 特殊形式的长度标准器 180

7.1.4 球板和孔板 181

7.1.5 专用光学标准器 182

7.1.6 激光干涉仪 184

7.1.7 电子水平仪 185

7.2 几何误差的检测和补偿 186

7.2.1 几何参数误差模型 187

7.2.2 几何参数误差的检测方法 189

7.2.3 几何参数误差的合成 197

7.3 影像探测系统的误差检测和修正 198

7.3.1 照明噪声 199

7.3.2 电子噪声 199

7.3.3 CCD误差 199

7.3.4 镜头畸变 200

7.3.5 量化误差 201

7.3.6 行抖动 201

7.4 软件因素 202

7.5 不可补偿的误差 202

7.5.1 非仪器产生的误差 202

7.5.2 仪器产生的误差 203

7.6 验收与校准 203

7.6.1 概述 203

7.6.2 VDI/VDE 2617-6.1介绍 205

7.6.3 校准和验收的关系 211

第八章 测量实例 213

8.1 基本测量要求 213

8.1.1 测量过程的基本要求 213

8.1.2 影像测量仪的测量要求 214

8.2 简单工件测量 214

8.3 塑胶工件测量 215

8.4 PCB电路板批量测量 218

8.4.1 建立测量任务 218

8.4.2 自动批量测量 223

8.5 手机外壳逆向工程 225

8.6 试验筛校准 229

第九章 影像测量仪的发展趋势 234

9.1 多测头集成 234

9.2 在线测量 238

9.3 信息共享 239

9.4 更精密 240

9.5 更高效 241

附录 242

附录A 常用中英文名称对照表 242

附录B 测量不确定度 245

附录C 形位公差 249

附录D SPC基础 251

1 SPC概念 251

2 SPC技术原理 252

3 SPC管制图 252

4 实施SPC的两个阶段 253

附录E 影像测量仪的维护和保养 254

1 日常维护和保养 254

2 长期维护 255

3 气源维护 257