科学｜影像测量仪器的发展历史
图像测量仪器是一种“基于在光电耦合装置上成像的光学成像系统（称为成像系统），该系统由光电耦合装置收集，软件处理并成像后显示在计算机屏幕上，以及用于几何计算的二手测量软件，“提供最终结果的非接触式测量仪器”。测量软件通过数字图像处理技术提取工件表面的坐标点，然后利用坐标变换和数据处理技术将其转换为坐标测量空间中的各种几何元素，从而获得几何等参数。被测工件的尺寸和形状公差。
1、图像测量仪器的发展概述
在1970年代后期，特别是自大卫·马尔（David Marr）教授建立“计算视觉”理论框架以来，图像处理技术和图像传感器得到了飞速发展。随着坐标测量技术的发展和成熟，在基于光学比较的光学测量领域，坐标测量方法的开发和应用取得了更大的进步。
1977年，美国的View Engineering公司发明了世界上第一个由电动机驱动的RB-1图像测量系统，以驱动XYZ轴（见图1)，这是一个集成了视频检测和软件测量的控制终端。自动图像测量仪此外，Mechanical Technology的Boice Vista系统充分利用了坐标测量机的优势，并将视频图像测量系统集成到坐标测量机的探头上，该系统可以将测量数据与预先编程的数据相结合。标称尺寸和公差。
VE的RB-1图像测量仪
ROI图像探头
这两种仪器通过不同的方式借用了坐标测量机的坐标测量原理，并将被测物体的图像投影到坐标系中。它的测量平台继承了坐标测量机的形式，但其测量头类似于光学投影仪。这些仪器的出现开辟了重要的测量仪器行业，即图像测量仪器行业。在1980年代初期，图像测量技术有了重要的发展。 1981年，ROI公司开发了一种光学成像探头（请参见图2)），该探头可以代替坐标测量机上的接触式探头进行非接触式测量。从那时起，这种光学附件已成为成像设备的基本组件之一。在1980年代中期，市场上出现了带有高倍率显微镜目镜的图像测量仪器。
1990年代，随着CCD技术，计算机技术，数字图像处理技术，LED照明技术，DC / AC伺服驱动技术，图像测量仪器产品的发展，取得了巨大的发展。更多的制造商进入了图像测量仪器产品市场，共同促进了图像测量仪器产品的发展。自2000年以来，我国在该领域的技术水平不断提高，与图像测量技术研究有关的文件也不断出现。国内公司（如天准，智泰，宜新，赛科数码，新天等）开发的图像。测量仪器在生产规模，品种和质量方面也得到了不断改进和发展。 2009年，我国制定了国家标准GB / T24762-2009：产品几何技术指标（GPS）图像测量仪器的验收测试和复检测试。适用于XY平面直角坐标系中的图像测量仪器，包括垂直于该平面的直角。一种在坐标系的Z方向上具有定位或测量功能的图像测量仪。值得一提的是，天准科技有限公司是由一群为振兴我国的精密测量行业而自豪和雄心勃勃的学生创立的。它在借鉴国外优秀产品的基础上发展创新，形成了自己的特色和优势。经过多年的努力，天准公司于2007年在中国首次推出了一系列具有完全自主知识产权的三维自动影像测量仪，填补了国内空白，并在国内影像测量仪技术上处于领先地位
2、图像测量仪的评估
本文试图从仪器结构和关键技术指标的角度评估图像测量仪器的产品。由于缺乏有关作者图像探测器的信息，因此不涉及该信息。
（[1)外观和结构
精密测量仪器的外观和结构是用户选择的重要依据。良好的产品外观和结构给人以稳定，可靠和精确的感觉，而这通常是决定产品在市场上成败的重要因素。
目前，图像测量仪的结构主要包括圆柱结构，固定桥结构和移动桥结构。列结构和固定桥结构广泛用于小范围图像测量仪器中，各有其优点。活动桥结构主要用于范围很大的图像测量仪器中。立柱结构的优点是结构紧凑，占用空间小，工件安装拆卸方便。固定桥结构具有产品稳定，大气的特点，但占用空间大，不方便装卸工件。移动桥式结构易于实现大范围测量，在测量过程中工件是固定的。
（[2)光源系统
光源系统在图像测量仪器中起着至关重要的作用，它直接决定着图像仪器的性能和功能。一个好的光源系统可以帮助成像探头获得清晰，清晰，均匀和正确的图像，从而确保测量的准确性和可重复性。为了对不同材料，不同形状，不同类型的工件提供有效的照明并完成复杂的测量任务，图像测量仪器通常提供三种类型的照明源：面光源，轮廓光源和同轴光源。
面光源提供照明以测量工件的上表面。一个好的表面光源必须能够提供不同入射角度和不同入射方向的照明，以确保不同的工件获得一致的照明效果。
轮廓光源为测量工件和通孔的外轮廓提供照明。轮廓光源通常安装在图像测量仪的底座上。在工作时，被工件阻塞的部分将成像为黑色，而未被阻塞的部分将变为白色。这有助于图像探测器获得清晰的黑白，高对比度和清晰边界的工件图像。在轮廓光源照明下，仪器通常可以达到最高的测量精度。同轴光源沿着透镜的光轴投射到工件的表面，可以为测量工件的高反射率表面和深孔提供照明。
（[3)多个探针集成
图像探针在二维尺寸测量中具有无与伦比的速度优势，但图像探针也有其缺点。在三维测量中，测量效率不够高影像测量仪，不能测量工件的侧面特征。结果，需要多探针集成。综合使用图像探针，接触探针，激光探针和白光探针等，可以针对不同的工件和不同的测量要求选择最合适的测量方法。提供最佳的测量精度和最佳的测量效率。在二维尺寸的大规模检查中，可以使用成像探头。在测量复杂工件的侧壁，对效率要求不高的情况下，可以选择接触测量；在复杂工件的三维测量中，如果要求高效率，可以使用白光探头或激光探头。
（[4)衡量效果
精度是测量仪器的基础，精度是用户选择仪器的最重要指标之一。图像测量仪器的测量精度主要取决于图像探头的质量，光源系统的性能，仪器的移动和定位精度。数据处理和测量软件及硬件的质量和水平也是极为重要的因素。作为一种自动测量仪器，图像测量仪器的测量效率是客户最重要的要素之一。高测量效率可以减少设备投资，提高生产效率，并减少人工成本。
（[5)测量功能
图像测量仪器的基本测量功能通常包括：测量各种基本几何量，例如点，线，圆，弧等，就测量方法而言，提供了多种提取和构造方法；提供各种形状公差和位置公差提供各种坐标系建立方法；提供手动测量和自动批量测量；批量测量程序可以记录测量原语，提取方法，机器控制，光源控制，自动聚焦等过程；可以导入和导出CAD图纸；测量数据以指定格式输出到报告中。除了这些基本的测量功能外，仪器制造商通常还提供扩展功能，例如SPC，图形比较，离线编程和定制的输出报告。一些制造商还将针对特定用户行业的测量需求开发相应的专用软件或硬件，并增加仪器的测量功能，例如小模数齿轮测量，测试筛校准等。
（[6)其他方面
产品的易用性，对环境的适应性以及用户友好的界面也是判断仪器性能的重要因素。它是否可以促进测量任务的建立，报告的制定和输出，机器控制等，都会影响用户对仪器的接受程度。
仪器的长期稳定性，测量解决方案的提供，客户服务的响应速度，交付周期，定制开发的能力等都是影响客户选择图像测量的重要因素。乐器产品。
3、对国内外典型产品的评论
图像测量仪器大致可分为两类：科学级和工业级。科学级产品的精度很高，对工作环境和操作人员的要求也很高。目前，世界上只有少数制造商拥有这种产品，并且它们的市场容量很小。工业产品占据最大的市场份额。在工业级产品中，精度高，性能稳定，效率高和功能丰富的一线品牌主要是蔡司，三丰，尼康，OGP，六角，国内天准等外国公司。他们开发的具有三维图像测量功能的品牌产品分别代表了当今工业级图像测量仪器的先进水平。本文打算对这些公司相同规格的领先产品进行简要介绍和比较。与其他普通进口品牌和大多数国产品牌的产品相比，总体质量上仍存在一些差距。
（[1) Zeiss
德国蔡司公司是工业测量领域的知名企业，拥有丰富的产品线。它的CMM曾经是高端CMM的代名词。蔡司最具代表性的图像测量仪器产品是O-INSPECT（见图3)。O-INSPECT采用固定桥结构，产品美观稳定，并具有两种探测方法：图像探针和接触探针）。
蔡司O-INSPECT
三丰QV-ELF202PRO
（[2) Mitutoyo
作为世界知名的精密测量仪器制造商，日本的三丰拥有广泛的图像测量仪器和完整的型号。图4是其代表产品QV-ELF202PRO。该产品采用固定桥结构，产品外观稳定大气。
（[3)天准
位于中国苏州的天准科技有限公司多年来一直致力于精密测量仪器的研究与开发。它是中国图像测量仪器的领先品牌，是两项国家校准标准的起草单位。其代表性产品MU322具有测量精度高，测量速度快，功能丰富的优点（见图5)。
天准VMU322
Nikon VMR3020
（[4)尼康
日本尼康在光学测量仪器领域拥有强大的技术实力和众多产品。其典型产品VMR3020美观精致，具有很高的测量精度和功能全面，如图6所示。
（[5) OGP美国
OGP公司一直致力于图像测量仪器产品的开发，生产和销售，并拥有许多图像测量仪器的核心技术。其典型产品ZIP250如图7所示。它采用具有高水平仪器技术的固定柱结构。
OGP公司ZIP250
Hexagon Performance222
（[6)六角形
瑞典的Hexagon是世界知名的长度测量仪器制造商。在2010年初，它推出了Optive系列图像测量仪器，其中Performance222是其代表产品（见图8)。该产品是从Mahr技术衍生而来的，它采用具有稳定结构和高精度的圆柱结构）。这是一种出色的图像测量仪器产品。
4、视频测量仪器评论
（[1)外观和结构
从表1中可以看出，使用列结构和固定桥结构更为普遍，每个制造商都有自己的考虑。
在小范围产品中，通常使用线性导轨，大范围产品中通常使用气浮结构。在传动方面，滚珠丝杠和无齿螺丝被广泛使用。滚珠丝杠的传动效率高，刚性好，寿命长。无螺纹螺丝具有传动稳定，振动小，过载保护的优点。
（[2)测量性能（准确性和速度）
L的单位为mm时，各种制造商的产品的测量性能的比较请参见表2。
主要从两个方面研究测量性能：测量精度和测量效率。在测量精度方面，这些产品已达到极高的测量精度。测量速度对于质量检查非常重要。测量速度很大程度上取决于机器的移动速度。天准的产品在保证高测量精度的同时，还提供了很高的测量速度，具有一定的优势。
（[3)光源系统
在精密测量仪器领域，LED光源正日益成为照明的最佳选择。 LED光源具有许多优点，例如寿命长，发热量低，可以组合成任何形状以及光源波长范围广。它们已在许多领域被替换。传统的卤素灯光源。有关各种制造商产品的光源系统的比较，请参见表3。
面光源的功能非常重要。天准和OGP的产品配备了6环8区面光源，可以提供48个分段的独立控制功能，并提供更多的光源照明和更多的子环角度，更多的分区提供更多的光源照明方向，可以灵活地为各种类型的工件提供良好的视觉照明，并解决了传统光源无法为多个工件提供一致的照明的问题。
（[4)多个探针
评论中的大多数仪器都配备了三种方法：图像探针，接触探针和激光探针。仅某些品牌产品的探头未配备齐全（请参阅表4）。
可以看出，多种探头的集成是图像测量仪器发展的必然趋势。除了硬件上的三种探头外，参与仪器的测量软件还支持这三种探头，并且将三种探头的测量数据融合在同一坐标空间中。近年来，白光探针的配置开始出现并呈上升趋势。
（[5)测量功能
以上介绍的所有仪器均具有常规几何测量，自动批量测量和报告输出等功能。对于SPC和工程图比较之类的高级功能，大多数制造商以可选附加功能包的形式提供它们。用户需要支付一定的额外费用才能享受这些功能的便利。天准产品提供如表5所示的全套测量功能，并且还为用户开发并提供独特的专用测量软件模块，例如小模数齿轮测量，全景扫描测量，测试筛校准，半径模板校准，喷涂专用软件诸如线路板测量之类的产品已经解决或部分解决了这些行业中一些长期存在的关键测量问题，并受到了用户的好评。
（[6)其他方面
表6显示了各个厂商产品在其他方面的性能比较。
所有品牌产品均提供操作手柄和软件功能，以一起控制机器。天准的VUM322提供多达8种软件控制方法，从而大大提高了仪器的可操作性。此外，仪器的长期稳定性，提供测量解决方案的能力，客户服务的响应速度影像测量仪，交付周期以及定制开发的能力也是影响客户选择图像测量仪器产品的重要因素。 。用户需要根据自己的需求和实际情况做出最佳选择。
5结论
本文选择了6个国内外知名品牌的图像测量仪器产品进行评论。这些产品具有很高的测量精度，快速的测量速度和完善的测量功能，代表了当今工业级图像测量仪器行业的先进水平。我们很高兴地看到，天准科技有限公司作为国内图像测量仪器产品的领先品牌，其领先产品在测量精度，测量速度和软件功能方面均具有与世界一流品牌相当的指标。 。外国品牌在高端工业级图像测量仪器领域占据主导地位。在为用户提供高质量，快速的服务以及开发定制的专用软件方面，天准具有明显的优势和强大的竞争力。随着技术的进步和客户对测量要求的不断提高，图像测量技术正朝着多探头进一步集成，测量数据共享，在线测量，信息联网等方向发展，具有更高的测量精度，更快的测量速度和测量。将会进一步开发功能更强大的多坐标图像测量仪器和特定于行业的图像测量仪器。
