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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