多探頭測量系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
帶有觸發(fā)式探頭或激光探頭的光學(xué)式測量系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。它將2種或3種測量系統(tǒng)與一個(gè)多功能傳感器系統(tǒng)組合使用，有效地降低了設(shè)備成本。Nikon公司（Nikon Instruments Inc.）的NEXIV可視系統(tǒng)就是將光學(xué)測量儀和通透鏡式激光儀（TTL）組合在一起使用的，這種可視技術(shù)與TTL的組合真正實(shí)現(xiàn)了測量精度、生產(chǎn)速度、測量復(fù)雜輪廓能力的最佳化。
Nikon公司的組合產(chǎn)品包括NEXIV VMR 3020型臺(tái)式多探頭測量系統(tǒng)和6555型橋式設(shè)計(jì)模式測量儀。臺(tái)式系統(tǒng)可以用來測量小型工件，如電子元件和小型機(jī)加工零件，6555型橋式設(shè)計(jì)模式測量儀用于大型和重型工件的測量。多探頭測量系統(tǒng)有兩種基本平臺(tái)，一個(gè)是以標(biāo)準(zhǔn)的CMM（坐標(biāo)測量儀）為基礎(chǔ)的平臺(tái)，另一個(gè)是以標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)或可視系統(tǒng)為基礎(chǔ)的平臺(tái)。應(yīng)用CMM測量時(shí)，被測工件固定不動(dòng)，只需移動(dòng)探頭。這樣，在測量發(fā)動(dòng)機(jī)組時(shí)，移動(dòng)探頭可完成全部測量工作。同時(shí)，CMM上的探測儀非常輕便，保證了探頭的靈敏性。在一個(gè)可視系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)里，工件要沿著X軸方向和Y軸方向移動(dòng)，而光學(xué)裝置則能沿著Z軸方向上下移動(dòng)，從而測量到高度。因此，這兩種工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)是完全不同的。
使用以光學(xué)為基礎(chǔ)的平臺(tái)，只能夠測量質(zhì)量相對(duì)較輕的工件，與許多以可視系統(tǒng)為基礎(chǔ)的只能測量輕質(zhì)工件的平臺(tái)不同的是，標(biāo)準(zhǔn)的CMM型工作平臺(tái)能測量重型工件，因?yàn)樗闹圃斐杀据^高，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，在工作臺(tái)上移動(dòng)較重的工件時(shí)，工作臺(tái)也不會(huì)下沉。但是，如果在工作臺(tái)上移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)組，則工作臺(tái)的部分區(qū)域就有可能發(fā)生彎曲變形。
人們將攝像頭安裝在CMM上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)大約已有20年的歷史了。據(jù)說，第一臺(tái)這種光學(xué)式探頭測量儀的設(shè)計(jì)是隨著一種多感應(yīng)系統(tǒng)的開始研究而出現(xiàn)的，應(yīng)用這種技術(shù)的第一臺(tái)測量儀是德國的Wegu公司根據(jù)馬爾（Mahr）的要求，在1999年制造生產(chǎn)出來的。
隨著Wegu公司專利技術(shù)的應(yīng)用和Mahr公司測量系統(tǒng)的發(fā)展，一個(gè)測量儀組合了具有可視能力的光學(xué)式探頭（CCD攝像頭）、激光探頭和觸發(fā)式探頭。Mahr公司最近推出了一種新型臺(tái)式系統(tǒng)Marvision Multiscope MS 222 3D CMM，就是一個(gè)典型的多探頭測量系統(tǒng)，它包括一個(gè)自動(dòng)探測觸發(fā)器、一個(gè)自動(dòng)探測轉(zhuǎn)換器、可調(diào)電機(jī)、影像快速聚焦系統(tǒng)和一個(gè)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，測量范圍為250 mm×200 mm×200mm，最大承載可達(dá)到10kg，分辨率為0.5mm。
與大型系統(tǒng)相比，臺(tái)式多探頭測量系統(tǒng)也存在它的局限性，比如說測量精度不夠高。原因是多方面的，部分是因?yàn)樗鼈兪褂脤?duì)環(huán)境有一定要求的低檔系統(tǒng)。由于沒有一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)底座，使用時(shí)也不是在可控溫的實(shí)驗(yàn)室里，因此會(huì)導(dǎo)致測量精度不高。但是由于價(jià)格低，使得它們能夠廣泛地服務(wù)于大眾。這種小型臺(tái)式系統(tǒng)在整個(gè)銷售中占到了40%。作為一種技術(shù)成熟的多探頭測量系統(tǒng)，與其他測量系統(tǒng)不同的只是測量工件的范圍。
隨著微機(jī)處理器功能的提高，使得多探頭測量系統(tǒng)能在較小的體積內(nèi)容納更多的功能，從而出現(xiàn)了高檔的臺(tái)式系統(tǒng)。臺(tái)式系統(tǒng)的真正出現(xiàn)僅在8、9年前，曾經(jīng)只有大型昂貴的地面式測量儀才具有的功能，現(xiàn)在，小型臺(tái)式測量儀也全部擁有了。
隨著PC板尺寸變小，整個(gè)CNC控制器也變小。現(xiàn)在的CNC數(shù)控臺(tái)式測量儀已經(jīng)全部自動(dòng)化了，而且設(shè)備單元齊全。整個(gè)臺(tái)式測量儀包含了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，取代了過去立在它們旁邊的控制器。
在Mitutoyo公司的產(chǎn)品中，其高檔產(chǎn)品數(shù)控式（CNC）Quick Vision系列多探頭測量儀，與以前的產(chǎn)品相比，其精度更高、速度更快（約為以前的3倍）。該公司的UMAP（超聲波微觀精確探測）多探頭系統(tǒng)是使用可視技術(shù)和超聲波探頭來探測燃油噴嘴上的微小孔以及其他小型工件的。
最初，UMAP系統(tǒng)是為日本的本田汽車公司量身定做的，用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴上的排氣孔。UMAP系統(tǒng)在日本銷售近1年后，Mitutoyo公司又向美國市場推出了該系統(tǒng)。該公司應(yīng)美國光纖工業(yè)的要求，為其生產(chǎn)精密測量量具來測量光纖連接器、光纖套圈上的微小孔。這種特定測量儀的市場反應(yīng)很好，很多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商對(duì)該產(chǎn)品非常感興趣，想將其應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴的測量中。
新型多探頭測量系統(tǒng)替代了原有的測量系統(tǒng)，成本的降低使得多探頭測量感應(yīng)設(shè)備具有較高的性價(jià)比。與3個(gè)只能安裝在實(shí)驗(yàn)室里的固定設(shè)備相比，多探頭測量系統(tǒng)的感應(yīng)環(huán)境允許使用一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行多方面的應(yīng)用。
OGP公司的多探頭測量設(shè)備SmartScope Quest系列包括臺(tái)式系統(tǒng)和大型地面式系統(tǒng)。隨著多探頭測量設(shè)備在醫(yī)療、汽車、航空、塑料和電子工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，OGP這個(gè)已經(jīng)有20多年銷售多探頭測量設(shè)備歷史的公司，通過在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加幾個(gè)探頭，開發(fā)出了SmartScope Quest系統(tǒng)。OGP公司最近推出了一種新型測量儀Quest 650，這種地面式多傳感器系統(tǒng)包括影像系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、觸發(fā)式探測系統(tǒng)、鉸接探測頭和連續(xù)接觸式探測儀，并且有一個(gè)橋式結(jié)構(gòu)的剛性花崗巖底座，測量范圍為600mm×660mm×300mm，并且能對(duì)X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向進(jìn)行測量，Z軸方向上可以測量400mm。
理論上講，多探頭測量設(shè)備對(duì)制造商而言是最好的。光學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢是邊緣探測，探頭進(jìn)入工件內(nèi)部測量表面，無需接觸就可以迅速地獲得數(shù)據(jù)，而普通的測量量具是不能完成的。此外，激光探頭也能測量表面輪廓，同時(shí)也能通過非接觸式測量快速生成數(shù)據(jù)。
與此同時(shí)，多探頭測量技術(shù)也面臨著挑戰(zhàn)，因?yàn)?，它要求每個(gè)傳感器之間的聯(lián)系必須精確。
TTL的技術(shù)優(yōu)勢是軸上可視儀和軸上通透鏡式激光儀可以與其他系統(tǒng)很好地進(jìn)行連接，因?yàn)樗鼈兪褂猛粋€(gè)光學(xué)系統(tǒng)來對(duì)一個(gè)探測點(diǎn)進(jìn)行測量，即在該探測點(diǎn)上既有透鏡聚焦又有激光聚焦。如果在同一個(gè)測量量具上有兩個(gè)探頭，則就有可能產(chǎn)生偏離，必須使每個(gè)探頭之間緊密相連。在多探頭測量儀中，有時(shí)人們可以使用光學(xué)式探頭，有時(shí)也可選擇觸發(fā)式探頭或者激光探頭進(jìn)行測量，如果三者相互之間有偏離，就必須進(jìn)行連接性調(diào)整或者連接校準(zhǔn)，所有的探頭都要作為導(dǎo)致系統(tǒng)不確定性的誤差和偏差的潛在因素而被考慮。
可視系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的最大問題是在測量工件時(shí)，與對(duì)照相比呈灰色的測量陰影。因?yàn)橹挥谐屎诎讓?duì)照時(shí)，才是高對(duì)照度。通過使用計(jì)算機(jī)和軟件算法來確定灰色對(duì)灰色邊緣探測的改變，并且有了很大提高。Nikon公司使用了Cognex公司的可視系統(tǒng)，該公司在低對(duì)照度邊緣探測領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的技術(shù)。
由于缺乏軟件工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得越來越多的測量裝備供應(yīng)商向客戶提供他們自己版本的軟件。在軟件方面存在一個(gè)最為關(guān)鍵的問題是一個(gè)軟件能否處理來自不同探頭的數(shù)據(jù)。首先，確定一個(gè)在X、Y、Z軸上的點(diǎn)，使用光學(xué)式探頭、觸發(fā)式探頭或者激光探頭測量，然后將這些點(diǎn)處理成數(shù)據(jù)，形成單一的幾何特征，或者計(jì)算出使用觸發(fā)式探頭的表面和使用光學(xué)式探頭測量的表面之間的距離。人們可以選擇相對(duì)更容易操作的系統(tǒng)進(jìn)行測量，而這是早期的操作系統(tǒng)根本不具備的。
事實(shí)上，在多探頭測量系統(tǒng)里，并沒有真正的標(biāo)準(zhǔn)和通用軟件，每個(gè)大賣主都已經(jīng)形成了自己獨(dú)有的一套方法：用他們自己的軟件，以他們自己特有的方式，成功地解決了那些技術(shù)問題。 (end)
評(píng)論