二维影像测量仪实验报告.docx

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二维影像测量仪实验报告

一、实验目的

采用影像测量仪验收印刷电路板。

要求：

（1）学习并掌握影像测量仪的构成和工作原理；

（2）通过实践，掌握影像测量仪的操作使用，包括仪器的调节、标定、瞄准、测量；

（3）掌握仪器软件的使用，测量数据采集，数据处理，误差评定；

（4）采用投射/反射照明测量，测量印刷电路板，要求测量BGA封装（至少测量10个焊盘）焊盘的尺寸、焊盘间距；至少测量十条引线的线宽和间距；至少测量10个过孔的尺寸。

（5）对照设计图纸，给出合格性结论，形成测量报告。

（6）撰写实验报告，包括原理、步骤、数据与处理、结论等。

二、影像测量仪的构成和工作原理

（1）构成

影像测量仪是一种由高解析度CCD彩色镜头、连续变倍物镜、彩色显示器、视频十字线显示器、精密光栅尺、多功能数据处理器、数据测量软件与高精密工作台结构组成的高精度光学影像测量仪器。

图1总体结构

本次实验使用的测量仪器是贵州新天的JVB250影像测量仪：

加工定制：

否分辨率：

0.001（mm）测量行程：

250*150*200（mm）

品牌：

贵阳新天型号：

JVB250放大倍率：

光学0.7-4.5X

影像28-180X操作方式：

手动测量精度：

（3+L/200）um

外形尺寸（长*宽*高）：

1000*650*1650（mm）

JVB250的规格参数：

1测量范围:

X坐标:

250mm　Y坐标:

150mm

调焦行程:

Z坐标:

200mm

2X、Y、坐标分辨率：

0.0005mm

3仪器准确度：

（3+L/200）μm 其中L为被测长度，单位mm

4CCD摄像机：

1/3″彩色摄像机，象素数：

795（H）×596（V）

5物镜放大率：

0.7～4.5×连续变倍，影像放大28～180倍。

6与放大率对应的物镜工作距离：

75mm～90mm

7与放大率对应的物面最大高度：

150mm～130mm

8工作台承重：

30kg

9金属工作台尺：

450mm×300mm

10主机外形尺寸：

580mm×750mm×660mm

（2）工作原理

影像测量仪是基于机器视觉的自动边缘提取、自动理匹、自动对焦、测量合成、影像合成等人工智能技术，具有点哪走哪自动测量、CNC走位自动测量、自动学习批量测量的功能，影像地图目标指引，全视场鹰眼放大等优异的功能。

同时，基于机器视觉与微米精确控制下的自动对焦过程，可以满足清晰影像下辅助测量需要，亦可加入触点测头完成坐标测量。

支持空间坐标旋转的优异软件性能，可在工件随意放置或使用夹具的情况下进行批量测量与SPC结果分类。

被测工件置于工作台上，在投射或反射光照明下，工件影像被摄像头摄取并传送到计算机，此时可使用软件的影像、测量等功能，配合对工作台的坐标采集，对工件进行点、线、面全方位测量。

影像测量仪是利用表面光或轮廓光照明后，经变焦距物镜通过摄像镜头，摄取影像再通过S端子传送到电脑屏幕上，然后以十字线发生器在显示器上产生的视频十字线为基准对被测物进行瞄准测量。

并通过工作台带动光学尺，在X、Y方向上移动由DC-3000多功能数据处理器进行数据处理，通过软件进行演算完成测量工作。

影像测量主要是利用变焦距物镜将物体放大，再将其投影到屏幕上进行的工具。

影像测量，即通过CCD摄取外界物体图像，通过光电转换，将图像数据信息传送给计算机，通过计算机上的图像处理软件进行图像处理、几何计算，最后得出物体位置信息、轮廓尺寸参数等物体信息，再利用后续的专用反馈控制系统对机床加工进行反馈控制，具有非接触性、实时性以及高精度性等特点。

影像测量系统的大体框架如图所示：

图2影像测量系统

图像采集系统包括光学成像系统（照明光源）、图像传感器、光学镜头以及图像采集卡，系统采集的图像质量直接影响到后续处理过程的准确性，是高精度测量的重要前提，图像处理算法的优劣也直接影响系统的实时性和精度。

3、系统简介

FOIC为一套功能强大的影像式量测系统，其主要功能包含：

几何量测、影像量测。

本系统为专业2D量测软件，操作方式简单快捷，适合于CAD/CAM或Microsoftword、Excel结合进行文书处理。

其特点有：

1）提供影像量测工具，基本几何点线圆弧等量测轻而易举。

2）强大的数学运算分析，提供去毛边功能，以正确取得量测数据。

3）影响直接经由计算机屏幕显示观察直接量测存盘。

4）利用影像工具可快速进行2D轮廓边界点扫描。

5）量测工件图形化显示，图形可存盘、打印，并可转换成MicrosoftWORD（*.doc）、EXCEL（*.xls）及AUTOCAD（*.dxf）档案格式。

6）提供公差分析，可进行有效的品管检验。

7）工件的对象化可直接对对象进行几何基本运算。

8）兼容于XP操作系统。

适合行业：

2D抄数、手机、汽车零件、手表、精密量测、电子、模具、冲床、弹簧、螺丝、道具、塑料、橡胶、止阀、照相机、脚踏车零件、PCB板、导电橡胶、导线架、电子零件组。

四、实验步骤

1）寻找光栅尺的绝对原点

进去FOIC量测系统，软件启动后，出现的界面如下：

A．标题栏：

显示软件名称

B．菜单栏：

提供软件所支持的功能

C．工具条：

常用功能的快捷键

D．视频区：

测量操作区

E．编辑区：

对测量的图元进行编辑

F．放大区：

对视频进行局部放大

G．状态栏：

显示当前的状态

H．测量命令：

选择进行的操作

I．编辑命令按钮：

对编辑区进行编辑的操作命令

J．图元树：

对测量的结果以树状结构进行层次显示

K．制式区：

选择所使用的单位制式

L．计数区：

显示当前的计数值

寻找光栅尺的绝对原点，目的在于确认每次开机的机械原点是同一点。

1、用鼠标左键点选0.0，系统会出现如下窗口，按下确定后，按照指示快速移动平台以寻找X轴绝对零点。

2、当系统跳出如下窗口时，代表X轴坐标原点已经定位完成，按下确定。

3、系统会出现如下窗口，按下确定后，前后快速移动平台以寻找Y轴的绝对原点。

4、当系统跳出如下窗口时，代表Y轴的绝对原点已经定位完成了，按下确定。

2）线性校正

1、首先将被测电路板置于扫描台上。

2、并按下菜单影像量测/摄影开始摄影。

3、再来按下菜单校正处理/影像校正/线性校正。

4、决定镜头要使用的放大倍率，并调好焦距。

5、选择校正块上面一个适合大小的标准圆（占窗口1/4大小），移动到画面的右上角，用鼠标左键点一下那个圆。

6、接着按照箭头提示，将圆移动到画面右下角，用鼠标左键点一下那个圆。

7、按照箭头提示，依次在4个角上点击圆心后，出现校正成功的对话框。

3）测量命令：

选择进行的操作命令，共有五个操作命令面板。

1、绘图

。

画点：

用鼠标点击画点；

。

两点画线：

每两点画一条直线，其中前一直线的末点是后一直线的起点；

。

多点画线：

用鼠标左键点击用于画线的所有点，然后鼠标右键确认；

。

两点画圆：

每两点画一圆，其中第一点确定圆心，第二点确定半径；

。

三点画圆：

每三点画一圆；

。

多点画圆：

用鼠标左键点击用于画圆的所有点，然后鼠标右键确认；

。

三点画弧：

每三点画一圆弧；

。

多点画椭圆：

用鼠标左键点击用于画椭圆的所有点（至少5点），然后鼠标右键确认；

。

样条曲线：

用鼠标左键点击用于画样条曲线的所有点（至少3点），鼠标右键确认；

。

画垂直线：

选择与其垂直的直线，然后再选择该垂线的起点和终点；

画平行线：

选择直线，然后确定目标线的位置；

。

画线中点：

选择画中点直线；

。

画角平分线：

选择两直线作为角的两边，然后用鼠标左键确定角平分线的方向。

所测量电路板如下图所示：

五、测量过程与结果

根据要求，采用投射/反射照明测量，测量印刷电路板，要求测量BGA封装（至少测量10个焊盘）焊盘的尺寸、焊盘间距；至少测量十条引线的线宽和间距；至少测量10个过孔的尺寸。

实验图片如下所示：

1测量焊盘

在该电路板的PCB原理图上取10个焊盘，如下图所示：

测量每个焊盘的大小：

可得每个焊盘半径为0.25mm。

焊盘间距为1mm。

通过测量可以得到：

通过实际测量焊盘大小，可得下表：

焊盘

半径x

0.256

0.247

0.250

0.243

0.245

0.246

0.244

0.245

则=0.247mm

焊盘半径误差为：

0.25—0.247=0.003mm，因此该电路板的焊盘制作合格。

测量焊盘间距，可得下表：

间距

大小y

0.992

0.988

0.985

1.006

0.999

0.988

1.001

1.014

0.999

0.998

则=0.997mm

焊盘间距误差为：

1-0.997=0.003mm，因此该电路板的焊盘间距制作合格。

2测量引线线宽和间距

在该电路板的PCB原理图上取10条引线，如下图所示：

测量每条引线的线宽：

每条线宽为0.203mm。

测量两引线间距：

两引线间距为0.5mm。

通过测量10条引线可得：

通过实际测量引线线宽，可得下表：

引线

线宽x

0.202

0.203

0.201

0.205

0.210

0.207

0.211

0.203

则=0.205mm，

引线线宽误差为：

0.205-0.203=0.002mm，因此该电路板的引线制作合格。

通过实际测量两条引线间距，可得下表：

间距

大小y

0.494

0.501

0.495

0.502

0.500

则=0.498mm，

两引线间距误差为：

0.5-0.498=0.002mm，因此该电路板的引线制作合格。

3测量过孔

在该电路板的PCB原理图上取10个过孔，如下图所示：

测量过孔的大小：

过孔的尺寸为0.4mm。

通过测量10个过孔可得：

通过实际测量过孔大小，可得下表：

过孔

大小x

0.409

0.401

0.405

0.403

0.405

0.407

0.410

0.407

0.405

0.402

则=0.405mm，

引线线宽误差为：

0.405-0.4=0.005mm，因此该电路板的过孔制作合格

六、实验总结

二维影像测量实验是我们小组做的第一个实验，但第一次做实验我们没有做出实验结果，实验前一天也预习了实验内容，原因在于理解的不是特别透彻。

首先影像测量仪的标定就是我们面对的首要难题，一直困扰着我们，一直没有找到标定的方法与步骤。

所以，我们又进行了第二次尝试，终于在老师和同学的帮助下，我们顺利完成了实验，在整个测量过程中都进行的十分顺利，也掌握了影像测量仪的原理和测量方法，提高了动手能力。

七、实验数据附录

（1）焊盘数据

物件

内容

量测值

标准值

1.点

-74.774

0.908

位置度

0.000

2.点

-74.539

0.825

位置度

0.000

3.点

-74.476

0.633

位置度

0.000

4.点

-74.583

0.473

位置度

0.000

5.圆

圆心X

-74.731

圆心Y

0.655

直径

0.513

半径

0.256

大半径

0.256

小半径

0.256

面积

0.207

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

6.点

-74.704

-0.090

位置度

0.000

7.点

-74.456

-0.358

位置度

0.000

8.点

-74.900

-0.486

位置度

0.000

9.圆

圆心X

-74.703

圆心Y

-0.337

直径

0.495

半径

0.247

大半径

0.247

小半径

0.247

面积

0.192

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

10.直线

长度

0.992

起点X

-74.731

起点Y

0.655

终点X

-74.703

终点Y

-0.337

0.028

0.992

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

11.点

-75.756

0.888

位置度

0.000

12.点

-75.471

0.594

位置度

0.000

13.点

-75.920

0.498

位置度

0.000

14.圆

圆心X

-75.716

圆心Y

0.642

直径

0.500

半径

0.250

大半径

0.250

小半径

0.250

面积

0.196

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

15.点

-75.724

-0.096

位置度

0.000

16.点

-75.958

-0.327

位置度

0.000

17.点

-75.730

-0.595

位置度

0.000

18.圆

圆心X

-75.709

圆心Y

-0.346

直径

0.500

半径

0.250

大半径

0.250

小半径

0.250

面积

0.196

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

19.直线

长度

0.988

起点X

-75.716

起点Y

0.642

终点X

-75.709

终点Y

-0.346

0.007

0.988

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

20.直线

长度

0.985

起点X

-74.731

起点Y

0.655

终点X

-75.716

终点Y

0.642

0.985

0.013

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

21.直线

长度

1.006

起点X

-75.709

起点Y

-0.346

终点X

-74.703

终点Y

-0.337

1.006

0.009

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

22.点

-73.772

0.927

位置度

0.000

23.点

-73.513

0.787

位置度

0.000

24.点

-73.848

0.473

位置度

0.000

25.圆

圆心X

-73.734

圆心Y

0.687

直径

0.486

半径

0.243

大半径

0.243

小半径

0.243

面积

0.185

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

26.点

-73.760

1.931

位置度

0.000

27.点

-73.956

1.560

位置度

0.000

28.点

-73.526

1.580

位置度

0.000

29.圆

圆心X

-73.746

圆心Y

1.686

直径

0.490

半径

0.245

大半径

0.245

小半径

0.245

面积

0.189

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

30.点

-74.831

1.899

位置度

0.000

31.点

-74.501

1.694

位置度

0.000

32.点

-74.926

1.502

位置度

0.000

33.圆

圆心X

-74.745

圆心Y

1.669

直径

0.491

半径

0.245

大半径

0.245

小半径

0.245

面积

0.189

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

34.点

-75.769

1.886

位置度

0.000

35.点

-75.870

1.438

位置度

0.000

36.点

-75.496

1.579

位置度

0.000

37.圆

圆心X

-75.733

圆心Y

1.643

直径

0.492

半径

0.246

大半径

0.246

小半径

0.246

面积

0.190

位置度

0.000

真圆度

0.000

同心度

38.直线

长度

0.999

起点X

-73.734

起点Y

0.687

终点X

-73.746

终点Y

1.686

0.012

0.999

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

39.直线

长度

0.988

起点X

-74.745

起点Y

1.669

终点X

-75.733

终点Y

1.643

0.988

0.026

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

40.直线

长度

1.001

起点X

-75.716

起点Y

0.642

终点X

-75.733

终点Y

1.643

0.018

1.001

直线度

0.000

平行度

倾斜度

垂直度

41.直线

长度

1.014

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