企业档案
会员类型：旗舰版
已获得阿仪网信誉 等级评定
(0 -40)基础信誉积累，可浏览访问
(41-90)良好信誉积累，可接洽商谈
(91+ )优质信誉积累，可持续信赖
阿仪网旗舰版会员：5年
工商认证 【已认证】
最后认证时间：
注册号： 【已认证】
法人代表： 【已认证】
参观次数：1416622
半导体连续激光器
其它连续激光器
光电探测器
- MCT碲镉汞探测器
- 超快光电探测器/EOT/量子阱
- InGaAs铟镓砷光电探测器
- InGaAs铟镓砷光电二管
- Si硅光电二管
- Si硅光电探测器
- InP磷化铟光电探测器
- 砷化铟InAs / 铟砷锑InAsSb
- Ge锗光电二管
- Ge锗光电探测器
- X射线/位敏/其它光电探测器
- 光电倍增管PMT/混合光电检测器HPD/模块/组件
- 单光子探测器/计数器
- PbSe硒化铅光电探测器
- 探测器芯片
- 其他光电探测器
脉冲激光器
光纤/光纤器件/光纤处理
- 中红外光纤
- 特种光纤
- 掺杂光纤(有源光纤)
- 无源光纤
- 金属化光纤
- 高非线性光纤(HNLF)
- 光子晶体光纤（PCF）
- 偏振(PZ)光纤
- 光纤光栅(FBG)器件
- MFA光纤模场(模式)匹配器
- 光纤跳线/连接器/光纤束/光缆
- 其它光纤器件
- 光纤拉锥/研磨/抛光机
- 光纤加工/传感/边抛/微纳
- 光纤切割/涂覆/拉伸/端面质检器件
光源(激光器)
光学有源器件
- 电光转换模块
- 声光调制器/偏转器/移频器
- 光纤拉伸器/高压模块/PZT调制
- 光纤放大器
- 时频分配与同步
- 电光/相位/强度调制(移相/倒相器)
- 激光器驱动(模块/电源)
- 电信号放大器/RF放大器
- 信号解调(锁相放大器/混频器等)
- 斩波器/光开关/脉冲选择器
- 信号源/信号发生器/任意波形器
- 增益芯片GC/增益模块GM
- 偏振调制
- 光束控制系统
- 激光稳频设备
- 空间光调制
- 信号转换/采集卡/DTS/DAS/DVS光纤传感
- 转镜
- 光放大器
光学无源器件
- 分光镜,分束/合束器,波分复用
- 透镜、准直器
- 窗片/晶体/棱镜
- 激光反射镜
- 偏振元器件
- 光栅/光色散器件
- 光隔离器/光旋转器/旋转镜
- 非线性模块(倍频/波长转换)
- 光纤耦合器
- 滤波器/滤光片
- 延迟线
- 光衰减器
- 光束整形器/变形镜
- 其他光学无源器件
- 滤波片/滤光片
- 光环形器
- 色散补偿模块及跳线
光学测量仪器
- 成像、感光仪器
- 波分析仪/波传感器
- 观察镜/观察仪
- 探测卡/荧光感应卡/显示卡
- 显微镜/OCT扫频/测振/磁光克尔
- 波长计
- 干涉仪/标准具
- 光斑分析仪 光束分析仪
- 脉宽测量(相关仪等)
- 光谱分析仪
- 自准直仪
- 光度仪/反射计
- 功率计
- 六维测量系统/高精密运动平台
- 示波器
- 精密定位/光学平台
- 线宽测量分析仪
- 偏振分析仪/旋光仪
太赫兹系统
加工定制产品
相机/镜头/机器视觉
技术文章
工业计量中的成像、对焦与三维：机器是怎么用光去量物品尺寸的
点击次数：8 发布时间：2026/10/20 13:37:40
车间里要判断一个零件合不合格，最传统的办法是卡尺。但卡尺要接触、要人操作、速度慢，而且软的、薄的、怕划伤的工件根本没法量。于是有了另一条路：用光去量。
用光量尺寸的核心优势是非接触——不接触就不会划伤工件，也不会让工件变形。同时它快，可以配合流水线做全检。但它也有自己的难处：光看不见「绝对长度」，一切都要先标定。
还要区分两个常被混用的概念：分辨率与精度。分辨率是能分辨的最小变化，精度是与真值的偏差，后者通常为前者的数倍。规格书上标的高分辨率，并不等于能测到同样高的精度——这是选型时最容易产生的误解。
一、先看清楚，再换算成长度
成像法测量的思路很直接：把工件拍下来，数它在图像上占了多少像素，再乘上一个换算系数。这个系数就是像素当量，含义是「一个像素对应多少毫米」。
图1：量出像素数，再乘以当量
关键在于，这个系数不是算出来的，而是量出来的——用一个已知尺寸的标准件拍一张图，看它占多少像素，两者相除即得。这就是标定的本质。
标定的质量直接决定测量精度。若标定件本身的尺寸不准、或标定与测量的工作距离不一致，后面量得再准也没用。标定时的状态必须与实际测量时一致，这是最容易被忽略的一条。
另有一项实际约束：景深。放大倍率越高，景深越浅，工件稍有高低起伏就会超出清晰范围。因此高倍率测量时，工件必须放得很平，或者改用能容忍起伏的方案。这也是高倍率测量往往需要额外治具的原因。
二、为什么要用远心镜头
普通镜头有个麻烦：同样大小的物体，离镜头远近不同，成像大小也不同。这就是透视。工件有厚度、或在传送带上位置会浮动时，同一个尺寸可能量出不同的结果。
图2：普通镜头与远心镜头
远心镜头解决这个问题的方式是让进入镜头的主光线近似平行。这样一来，工件在一定范围内前后移动，成像大小基本不变，透视误差被压掉。
代价是远心镜头又大又贵，而且它的尺寸至少要覆盖被测范围——测一个大零件就要配一个同样大的镜头，这是物理限制，没有小巧的替代方案。所以远心镜头用在精度要求高、工件定位不精确的场合，一般检测用普通镜头加严格定位也能做。
三角测量还有一个实际限制：遮挡。因为照明与观察不在同一方向，工件上的台阶或凸起会在另一侧投下阴影，阴影区域没有信号，形成测不到的盲区。测深孔、陡壁这类结构时，需要多方向布光或改用其他方式。
三、平面图像怎么知道高低
一张照片只有横竖两个方向，高度信息并不在里面。要得到三维形貌，需要另外的手段。常用的有三种。
图3：三种获取高度的方式
三角测量把光点斜着打在工件上，工件高低变化会让光斑在相机里左右平移，由位移反推高度。它结构简单、速度快，精度在微米量级。
共焦的思路不同：只有恰好落在焦平面上的点成像最清晰、信号最强，偏离焦平面就迅速变暗。于是沿高度方向扫描，找到信号最强的位置，就是该点的高度。它精度更高，速度也慢一些。
干涉比较的是两束光的光程差，精度可以做到纳米量级，是三种里最高的。但它对振动极为敏感，通常要在隔振环境里工作，适合实验室或精密测量，不适合车间现场。
还有一种常用照法是同轴照明：光通过与镜头同轴的半透半反镜射出，沿观察方向打在工件上。平整表面会把光原路返回，因而显得明亮；倾斜的划痕则把光反射到别处，显得暗。它与明场暗场的明暗关系正好相反，适合检测光滑表面上的细微痕迹。
四、照法不同，看到的东西就不同
检测表面缺陷时，最常遇到的困境不是相机不够好，而是缺陷根本没被照出来。同样的划痕，正面打光和侧面打光，结果可以完全不同。
图4：明场与暗场下的划痕
明场是正面照明，平整表面反射的光直接进入镜头，看起来明亮均匀；划痕虽然存在，但反射方向略有改变，与背景的差别很小，因此不容易被发现。
暗场则用侧向照明，平整表面的反射光不进入镜头，画面背景是暗的；而划痕会把光散射到各个方向，其中一部分恰好进入镜头，于是划痕在暗背景上被点亮。这也是实践中常说的——换个打光角度，有时算法都不用改。
扫描方式的选择还与表面反光特性有关。镜面般的表面会把激光线反射得七零八落，强反光处信号饱和、弱反光处信号过弱，都会造成数据缺失。这类工件常需要先做哑光处理，或改用对反光不敏感的方式。
五、一片一片扫出三维形状
要得到完整的三维形貌，常用线激光扫描：把一束激光展开成一条线打在工件上，相机从侧面看这条线，线在工件表面的起伏就反映了高度变化。
图5：多次扫描拼成三维
让工件与激光线相对移动一步，就扫出一条轮廓线；所有线拼起来就是三维形貌。因此这种方式的精度既取决于相机分辨能力，也取决于移动机构的定位精度——后者常常是被忽略的那一环。
还有一种不需要移动的办法：结构光。它投出已知的图案，根据图案被工件表面扭曲的程度反推形状，一次投影就能得到一片区域的高度，速度更快，但对表面反光特性更敏感。
还有一项容易被忽略：测量节拍。流水线对每件工件的检测时间是固定的，若单次测量耗时超过节拍，方案再准也无法上线。提高分辨率往往要付出时间代价，因此在线检测通常是在精度与速度之间取一个折中点。
六、选计量方案要看哪些参数
选型通常在这五个参数之间权衡。
视场决定一次能看多大范围，几毫米到数百毫米都有；它与分辨率互相牵制，视场越大，单个细节分到的像素越少，分辨率就越低。这条矛盾是所有成像系统的共同约束。
图6：选计量方案要看的参数
工作距离决定镜头到工件的距离，须留出避让空间——流水线上若空间紧张，这一项常常先卡住。分辨率决定能测多细，受镜头与相机共同限制，取两者中较差的那个。
测量精度是与真值的偏差，通常为分辨率的数倍，受标定质量与环境影响；重复精度是多次测量的离散程度，通常优于测量精度。对在线检测而言，后者往往更关键——稳定地测出同样的数，比测得更准更实用。
最-后一点：测量结果的溯源性。标定件本身的尺寸需要由更高等级的计量手段给出，并定期校准——若标定件失准，整条产线的测量结果都会系统性偏移，而这种偏差在产线上很难自行发现。因此标定件的管理与测量本身同等重要。
七、总结
光学计量把「量尺寸」变成了「拍照片再换算」，好处是非接触、速度快，代价是一切结果都建立在标定之上。标定状态与实际测量状态必须一致，否则精度无从谈起。
像素当量由标定件实测得出，不是算出来的；标定与测量的工作距离必须一致。
远心镜头能压掉透视误差，但尺寸至少要覆盖被测范围，无法做小。
表面缺陷检测的关键常在于打光方式，换照明角度有时比改算法更有效。
还有一项常被低估：环境的影响。温度会让工件与镜头都发生热膨胀，振动会让图像抖动，环境光会改变照明条件。微米级测量时这些影响可以忽略，但到了亚微米级，它们会成为主要误差来源——这也是高精度测量必须控制温湿度和隔振的原因。
需要说明的是，光学计量保证的是「把看到的形状读成数字」，它并不能修正工件本身的装夹变形，也无法替代对测量原理的理解决策。这几个环节里任何一处没处理好，相机分辨率再高也无济于事。
原创作者：筱晓（上海）光子技术有限公司
