基于图像处理的万能工具——显微镜，在零件测量及设计中的应用

（1）实验学时

2学时。

（2）实验类型

综合。

（3）实验要求

必修。

（4）实验目的

①了解图像处理万能工具显微镜的用途及测量原理。

②掌握用图像处理测量法测量零件。

③加深“尺寸公差、极限偏差及形位公差”的理解方法。

④初步了解“逆向工程”的含义。

（5）实验内容

用图像处理万能工具显微镜根据图像处理测量法测量二维零件的几何参数，并将测量所得零件图在AutoCAD软件中进行再设计并最终形成测绘零件的零件图。知识点：图像处理测量法、万能工具显微镜、逆向工程、AutoCAD制图软件。

（6）实验原理、方法和手段

通过摄像机将零件的外形成像在显示器上，利用仪器上的元素采集功能，采集零件上各元素（直线、圆、圆弧），将测量结果与AutoCAD软件进行通信，形成测绘CAD图形，利用CAD软件，对测绘图进行修改、尺寸标注并最终生成零件图。

逆向工程：指从实物上采集大量的三维（本实验是二维）坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的先进技术。逆向工程与一般设计制造过程相反，是先有实物后有模型。本实验利用图像处理万能工具显微镜对零件进行测绘并生成CAD图形，在此基础上可进行再设计从而实现二维逆向工程。

（7）实验组织运行要求

以学生自主训练为主的开放模式组织教学。

（8）实验条件

JX13C图像处理万能工具显微镜、标准模板、螺纹工件等。

JX13C图像处理万能工具显微镜是一种配有功能强大的图像处理二维测量软件，能完成各种复杂的测量工作的计量仪器。利用软件可以实现坐标点或图像采集并将其处理形成直线、圆、圆弧等元素，进一步可以求取各元素的位置、角度和形状误差以及各元素的距离、交点等相关要素。测量结果可与AutoCAD软件进行通信，为计算机辅助设计提供准确的测绘图形。

图像处理万能工具显微镜的主要技术指标：(www.xing528.com)

坐标测量行程（mm）：　　　　　　　X坐标：200　　　Y坐标：100

X、Y坐标测量分辨率：　　　　　　0.000 5 mm

X、Y坐标值准确度：　　　　　　　（1＋L／100）μm

CCD摄像头：　　　　　　　　　　1／2 in黑白CCD像素数795×596

图像处理万能工具显微镜的主体部分结构示意图，如图5.25所示，仪器主机有一个坚固的底座，船形工作台用于承载被测件，并可沿X坐标在底座上运动，横向托架上载着用于采集被测工件图像的主显微镜，并可沿Y坐标在底座上运动，二者上均装有快速移动和微动机构，并具有光栅测量装置，它们构成了一个完美的二维坐标测量系统。

图5.25　图像处理万能工具显微镜的主体部分结构示意图

1—目镜；2—主显微镜；3—物镜；4—顶针杆；5—船形工作台；6—工作台Y坐标微动手轮；7—工作台Y坐标推拉锁紧钮；8—底座；9—工作台X坐标调节旋钮；10—数显面板；11—横向托架

测量原理：从光源射出的光，通过位于底座内部的聚光镜、可变光栏，经反射镜反射垂直向上，再通过聚光镜形成远心光束，照明位于工作台玻璃或顶在顶针架上的被测件。由主显微镜物镜将工件放大了的轮廓图像呈在摄像机的CCD面阵上。图像被转换成视频信号送到计算机内的图像捕捉卡。软件对采集到的图像及其当前仪器X、Y光栅坐标测量系统的坐标值进行处理，确定被采集的点、线、弧、圆各元素的尺寸和位置，并运用二维解析几何的数学模型求解各元素的形状和相互关系，最后输出计算结果。

（9）实验步骤

①依次接通电器箱、信号转接器、计算机主机、显示器、打印机开关。

②双击测量软件图标，松开工作台X坐标推拉锁紧钮，快速沿X方向拉动工作台，使仪器X坐标过零位，同样松开工作台Y坐标推拉锁紧钮，快速沿Y方向拉动工作台，使仪器Y方向过零位。

③单击物镜焦面识别图标，调节物镜焦距，使图像清晰，单击图像最佳对比度识别图标，调节灰度旋钮，获得图像最佳对比度（以上操作由实验指导老师完成）。

④单击采集工具中的“米字线”测量方式图标（同样也可采用其他测量方式）。

⑤分析零件的基本构成元素，这里的基本元素是指测量软件能直接采集的元素，如线段、圆、圆弧；确定测量方案。

⑥按测量方案完成整个零件的元素采集工作。

⑦单击输出到AutoCAD工具按钮，将测绘图形导入AutoCAD中。

⑧在AutoCAD中进行测绘图形的修改、设计及标注尺寸，并生成零件图。

（10）思考题

①图像处理万能工具显微镜的主要测量对象有哪些？

②该仪器的测量软件中，米字线和鼠标拉框的采点方式各有何优缺点？

③在采集圆弧时，对于提高测量的重复性及准确度你是如何考虑的？