平面物体二维尺寸检测系统设计+CAD图纸(10)
估计镜头和图像传感器重量约为20N，选取海顿系列混合式直线步进电机E28H4N。
采用带28000双叠厚直线电机的RGS04直线导轨，最小的RGS直线滑轨系列，可靠的直线度，精确的定位，超长的寿命。型号为S04KRM28。
Z向的线位移精度为：0.0030µm。
4 光学成像装置的选择
4.1 图像传感器的选择
通过图像传感器将获取的图像信号传输到计算机中进行图像处理，常用的图像传感器有CCD和CMOS。CMOS 与CCD 图像传感器的光电转换原理相同，但不同的制作工艺和不同的器件结构使二者在器件的能力与性能上具有相当大的差别。CMOS 与CCD 图像传感器相比具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与CMOS图像传感器集成在一个芯片上等优点。虽然CCD在分辨率、灵敏度、噪声性能、动态范围、量子效应等相对于CMOS仍然占据着优势，仍然是当前图像传感器市场的主流，但是现在的背照CMOS传感器在高感表现优秀，成本较低还有就是能够集成更多的功能。[11,12]
对于一个典型的工业用图像传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。所以在均能满足系统要求的情况下选择CMOS传感器。
所测量零件的尺寸范围为200×100mm，所需的精度要求为1µm,为了获得更高的分辨率，更高的精度和更高的图像质量，本设计中需要将零件分区域读取图像信息，缩小了测量范围。预计将其划分成20×15mm大小的图像,那么用20000×20000的相机才能满足。选取大恒图像工业相机，型号为DH-HV3151UC-ML。分辨率为2048×1536，像素尺寸3.2µm×3.2µm。采用USB 2.0标准接口传输图像数据，因此可以不需要图像采集卡，且安装简单方便。取消了IO接口，机身更为轻巧，可用于文字识别、PCB检测、半导体及元器件检测、显微图像及医学图像采集、证件制作、文档电子化等众多领域。
4.2 镜头的选取
对于物体尺寸的检测，测量的精确度要求高，又镜头存在景深问题，对于测量三文物体，景深是有必要的，而对于测量平面物体尺寸，则是一种误差，所以常常采用物方远心光路来消除由于系统景深所引起的测量误差。
图4.1 物方远心光路
选用物方远心镜头，可以消除由于物方调焦不准带来的测量误差。物方远心镜头是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并没有发生改变，即测得的物体尺寸不会变化。物方远心镜头用于工业精密测量，畸变极小。高性能的可以达到无畸变。
选取Schneider物方远心镜头，型号为Xenoplan 0.27× ，放大倍率为0.27× ，工作距离为100mm±3mm。
像的图像大小等于像素尺寸乘以分辨率，即3.2µm×2058=6553.6µm,3.2µm×1536=4915.2µm。像的图像大小为6553.6×4915.2µm。
根据相对于牛顿公式的垂直放大率表示为 （4.1）
已知放大倍率β=0.27， =3.2µm。
y= =11.85µm>1µm不满足要求。
故硬件设备满足不检测精度要求，需要通过软件来实现，可以利用各种图像处理算法来提高。在视场一定的条件下，用提高相机分辨率来提高检测精度的代价是相当昂贵的。数字图像处理技术的快速发展使得使用软件方法来解决图像中目标的高精度定位问题成为可能。在不改变硬件的条件下，采用算法，可以将图像的分辨率提高10%左右，故通过软件的刚发可以使分辨率达到1µm，满足测量精度要求。
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