不规则物体投影面积测量系统

　　0 引言

　　对不规则物体外形进行检测时，通常采用光电检测方式。但当物体外形较大时，需较大面积的面阵CCD 作为接收器件，而CCD 像面有限，不能满足测量要求。故以环形灯为光源、CCD 为图像采集单元设计不规则物体投影面测量系统，通过图像处理方式指示微位移机构自动调焦，将被测物体成像在CCD 像面上，然后与标准件所呈的像对比，得到不规则物体的投影面积。

　　1 测量系统实现

　　系统框图如图1。在环形灯光源上加盖毛玻璃，以得到较为均匀的背景。

　　1.1 图像采集与处理

　　在CCD 像面上所获取的图像经图像采集卡采集到计算机中。阴影部分面积A 通过其所占的像元数量n 与像元面积s 的乘积得到。即：A=n·s。其中，像元面积为定值，阴影部分所占的像元数量n 与图像边缘的清晰度有关，故影响阴影部分面积判读精度的重要因素是图像是否聚焦。常用光学仪器采用手动调焦方式，其调节过程较长，调焦精度受人员主观影响较大。因此，采用基于图像处理技术的自动调焦系统，以提高系统精度。

　　图像是否聚焦，反映在空域上的图像边界是否清晰，在频域上则是图像的高频分量是否丰富。采集到的图像输送到计算机中，对图像边界清晰与否的判断采用灰度差分方式，即利用图像相邻像素差的绝对值之和建立焦距评价函数：

　　当图像聚焦时，F(i) 取最大值。其实质为对图像进行微分，对图像边缘增强处理，使焦距评价函数的特征曲线更加陡峭，以增强离焦与聚焦图像之间的差异。这种差异转换成控制信号，由计算机发送到单片机，再由单片机给步进电机发送脉冲信号来驱动步进电机带动微位移机构实现调焦。

　　1.2 微位移机构

　　该机构采用步进电机作为驱动器，经谐波减速装置后，带动精密丝杠转动，使光学系统沿光轴方向前后运动，实现微位移调焦。为提高微位移机构的调焦精度及分辨率，采用谐波齿轮减速器。该减速器由刚轮、柔轮及波发生器组成，系统中以刚轮为固定件，步进电机带动波发生器转动，作为减速器的输入，而柔轮则作为减速器的输出。

　　采用谐波齿轮的优点：① 传动比大，且外形轮廓小，零件数目少，传动效率高达92%～96%，单级传动比达50～4000;② 承载力高，柔轮和刚轮间为面接触多齿啮合，且滑动速度小，齿面摩损均匀;③ 柔轮和刚轮的齿侧间隙可调，当柔轮的扭转刚度较高时，可实现无侧隙的高精度啮合。微位移机构步进电机步距角为1.8°，谐波减速器速比为1:80，要求输出轴转动180° 时，对应的调焦行程为5mm。此时该微位移的分辨率为：δ=[(1.8°/80)×(5/180°)]=0.000625mm