Повышение точности трехкоординатных измерений геометрических параметров изделий в компьютерной микроскопии методами продольной фокусировки и триангуляции

• Автор: Латонов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ проблемы бесконтактных терхкоординатных измерений в оптической микроскопии
1.1. Задача бесконтактных трехкоординатных исследований
в микроскопии
1.2. Современные методы бесконтактных трехкоординатных исследований микро- и наноструктур в компьютерной оптической микроскопии
1.3. Методы «классической» оптической микроскопии
1.4. Задача автоматической фокусировки в оптических системах
1.5. Выводы по главе и постановка задач 37 Глава 2. Разработка методов бесконтактных трехкоординатных измерений
на компьютеризированном оптическом микроскопе
2.1. Оптическая система универсального измерительного микроскопа
2.2. Глубина резкости в компьютеризированном оптическом микроскопе
2.3. Разработка принципов измерения положения поверхностей детали
по координате Ъ на основе продольной фокусировки
2.4. Разработка критериев фокусировки оптической системы
на измеряемую поверхность
2.5. Разработка принципов измерения положения поверхностей детали
по координате Ъ на основе триангуляционного метода
2.6. Выводы по главе 69 Глава 3. Экспериментальное исследование принципов бесконтактных трехкоординатных измерений на компьютеризированном оптическом микроскопе
3.1. Описание экспериментальной установки
3.2. Методики проведения экспериментов и результаты исследования трехкоординатной ИИС на основе принципа продольной фокусировки
3.3. Методики проведения экспериментов и результаты исследования трехкоординатной ИИС на основе принципа триангуляции
3.4. Методики проведения экспериментов и результаты исследования точности измерений в плоскости Х-У на трехкоординатной ИИС
3.5. Исследование способа бесконтактной оценки шероховатости поверхности по ее цифровому изображению
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Описание информационно-измерительной системы для проведения бесконтактных трехкоординатных измерений и определение перспективных направлений ее развития
4.1. Состав и структура трехкоординатной информационно-измерительной системы на основе методов продольной фокусировки и триангуляции
4.2. Анализ погрешностей, возникающих при проведении измерений на разработанной трехкоординатной ИИС
4.3. Перспективные направления развития разработанной системы
4.4. Выводы по главе
Заключение
Библиографический список используемой литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Одной из актуальных задач современной измерительной техники в области станкостроения и инструментального производства является повышение точности измерения линейных и угловых размеров деталей и инструмента. Для решения поставленной задачи широкое применение получили оптические приборы, отличающиеся широким диапазоном измеряемых размеров, возможностью проведения бесконтактных дистанционных измерений размеров и углов, отклонений формы, расположения и шероховатости поверхностей. Особый класс оптических средств измерения (СИ) составляют измерительные микроскопы. Они широко применяются для проведения высокоточных измерений деталей сложной формы и конструкции, элементов технологических и контрольных приспособлений, режущего инструмента.
Однако наряду с повышением точностных характеристик таких СИ часто требуется решать ещё одну актуальную задачу - повышение их универсальности и функциональных возможностей. Это обусловлено тем, что в ходе выполнения сложных измерительных работ, как правило, при измерении деталей сложной формы и точных, малогабаритных деталей, возникает необходимость использования нескольких различных датчиков на измерительный цикл. Таким образом, требуется создание нового типа измерительных машин, сочетающих в себе функциональные возможности как универсальных измерительных микроскопов, так и координатноизмерительных машин (КИМ). Подобные системы, построенные на базе измерительных микроскопов, оснащенные средствами проведения оптических и контактных трехкоординатных измерений на основе использования щуповых головок, определили целый новый класс средств измерений - мультисенсорные координатно-измерительные машины (МКИМ). С применением таких СИ возможно проводить контактные и оптические измерения, выполнять высокоточное сканирование измеряемой поверхности, определять ее шероховатость. Такая многофункциональность обеспечивается применением комбинацией различных датчиков, в том числе на основе бесконтактных лазерных систем.
Современные зарубежные машины этого типа позволяют проводить измерения в плоскости Х-У с погрешностью до 2 мкм в диапазоне измерения

значения контраста усредняются по всему полю изображения или выбранным интересующим зонам. Известно, что резкость изображения максимальна при наибольшем значении контраста. Тогда, смещая оптическую систему или сам объект измерения вдоль вертикальной оси 2 и контролируя значение контраста, можно обеспечить точную фокусировку оптической системы на поверхность объекта.
Таким образом, алгоритм вычисления контраста может быть описан как:
где Ыра, МрЬс - количество пикселей, формирующих изображение, по длине и ширине матрицы соответственно; 11ю/тЬ - максимум/минимум яркости изображения вдоль сечения по длине матрицы; /^ах/тш - вдоль сечения по ширине матрицы.
Рис. 1.15. Иллюстрация формирования изображения и вычисления его контраста (патент)
Однако, имея цифровое изображение поверхности объекта измерения в виде пространственного распределения яркости, возможно использование различных критериев фокусировки, отличных от применяемого в настоящее время контраста. Развитие вычислительных мощностей позволяют исследовать новые алгоритмы фокусировки, которые могут обладать рядом преимуществ перед существующими: большей точностью или чувствительностью, обеспечивать бесконтактное оценивание шероховатости поверхности и т.д.
Шероховатость является важной характеристикой геометрической точности поверхностей деталей и поэтому требует контроля. Самым распространенным
(1.1)