快速而精確的激光測(cè)量技術(shù)
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激光三角測(cè)量仍然是CyberOptics Corp.制造儀器的基本原理。
CyberOptics的Bruce Batten解釋說(shuō)：“我們將激光光束聚焦到表面上然后光束反射回傳感器。我們?cè)跈z測(cè)器上收集數(shù)據(jù)。如果激光射到表面的點(diǎn)在Z方向發(fā)生變化，則反射光射到檢測(cè)器的部位也會(huì)發(fā)生變化。使用三角測(cè)量法，我們可以精確確定兩個(gè)點(diǎn)之間的高度差。”
該公司的Cyberscan Cobra3維輪廓儀可以收集在高度、長(zhǎng)度、面積、體積、平均高度和表面粗糙度的3維數(shù)據(jù)。CyberOptics公司的激光傳感器在50mm×50mm的是大測(cè)量面積中的分辨力精確至0.125μm。Cobra的傳感器被固定在Y軸移動(dòng)臂上。由一個(gè)3維半敞開(kāi)平臺(tái)將Cobra定位在目標(biāo)物上方，而測(cè)量臺(tái)提供X軸運(yùn)動(dòng)。
另一個(gè)產(chǎn)品，即Vantage檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)152mm×152mm的面積進(jìn)行3維掃描。它可以產(chǎn)生一個(gè)地形高度圖，分辨力精確至0.125μm。測(cè)量范圍為8000μm。其自動(dòng)的X—Y工作臺(tái)，由系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，給操作者一個(gè)為他們想測(cè)量的樣呂的編程面積的機(jī)會(huì)。該公司制作的3個(gè)或4個(gè)傳感器可以與Vantage或Cobra3維系統(tǒng)一起使用。
激光測(cè)量系統(tǒng)必須克服的一大障礙是光斑尺寸。Batten說(shuō)：“激光光束的光斑尺寸在很大程度上決定著分辨力的大小。我們要生成很小的微細(xì)光斑，因?yàn)榭梢猿上窈蜏y(cè)量很小的特征。如果可能的話，這需要一些透鏡的優(yōu)良品質(zhì)的光學(xué)件，可將減小光斑尺寸至超出衍射極限的范圍?！?
他發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的流逝，激光系統(tǒng)變得越來(lái)越有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力?！凹す饧夹g(shù)的研究是一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域。
像我們一樣，人們從通訊系統(tǒng)方面的進(jìn)步中受益匪淺。我們現(xiàn)在采用工作在600mm-700mm范圍內(nèi)的激光器。我們喜歡采用范圍低至300mm-400mm的激光器?！?
Renishaw Inc.是接觸式測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)秀制造廠，它生產(chǎn)用于手動(dòng)或直接數(shù)控的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的激光檢測(cè)系統(tǒng)。由Wolf Beck制造的OTP64M光學(xué)觸發(fā)式測(cè)頭系統(tǒng)，允許坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的用戶可以在其機(jī)床上添加非接觸式檢測(cè)功能。
Renishaw的Denis Zayia說(shuō)：“我們?cè)赪olf Beck測(cè)頭上添加了Renishaw自動(dòng)接合器，它還有一個(gè)OTI6接口。因此，不管您在哪兒取得什么樣的接觸式測(cè)頭，都可以在PH6M和PH10自動(dòng)頭上連接上系統(tǒng)?！辈捎猛S光學(xué)三角測(cè)量，該測(cè)頭系統(tǒng)包括一個(gè)Class2激光器并在激光光斑到達(dá)共焦點(diǎn)位置時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。由于OTP6M模擬標(biāo)準(zhǔn)接觸式觸發(fā)測(cè)頭的輸出信號(hào)，不需專(zhuān)用軟件就可使用該激光測(cè)頭。
Zayia解釋說(shuō)：“當(dāng)有的人基本上需要利用接觸式觸發(fā)測(cè)頭檢測(cè)大部分零件，但是有一對(duì)零件要求采用非接觸式測(cè)量時(shí)那是一個(gè)實(shí)在的方法。”還還看到激光測(cè)量系統(tǒng)的價(jià)格有顯著降低。“如果您注意到我們的Wolf Beck系統(tǒng)，其中包括測(cè)頭、接口和各種附件，其價(jià)格約為12000美元，該測(cè)頭是裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的視頻測(cè)頭。其價(jià)格已下降，而且還會(huì)進(jìn)一步降價(jià)?！?
將來(lái)，激光測(cè)量能替代接觸測(cè)量嗎？Zayia主意到：“機(jī)械式測(cè)量將占統(tǒng)治地位，但激光測(cè)量設(shè)備將占更大的份額。就切斷測(cè)頭而言，我們絕大部分的這類(lèi)測(cè)頭都有分離模塊。最壞的情況是，您可能弄彎筆尖。如果您在一臺(tái)制作準(zhǔn)備去油漆的車(chē)身的機(jī)床上采用激光，且它撞入了零件當(dāng)中，則激光會(huì)中斷。我認(rèn)為激光的固定比較昂貴?！?
Erim International Inc.專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)用于軍事衛(wèi)星上的感知系統(tǒng)（特殊的綜合小孔雷達(dá)）。他們的Holo-Vision集團(tuán)開(kāi)發(fā)了一種稱為Holo Mapper的激光裝置，此裝置利用了以產(chǎn)生工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ)的知識(shí)。
Holo-Vision集團(tuán)的總經(jīng)理Joseph C. Marron說(shuō)，新系統(tǒng)可在幾分鐘內(nèi)生成并記錄零件的數(shù)字全息圖。Holo Mapper工作同時(shí)用激光照射整個(gè)零件?！拔覀儗⒓す馐殖梢粋€(gè)目標(biāo)光束和一個(gè)參考光束，然后記錄由射到CCD攝象機(jī)上生成的全息圖。用計(jì)數(shù)法譯碼的全息圖進(jìn)到能夠形成圖象的計(jì)算機(jī)。我們的智能特點(diǎn)是代碼或數(shù)字信號(hào)處理，它允許我們?nèi)〉萌D信息并將其轉(zhuǎn)換為3維圖像。”
Holo-Vision所用的攝象機(jī)具備一個(gè)1000×1000像系CCD陣列，因此系統(tǒng)可能在一個(gè)零件上收集1百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用專(zhuān)用軟件，用戶可以計(jì)算表面粗糙度、平面度和零件的二維度。此外，外零件上收集的數(shù)據(jù)可以與CAD模型進(jìn)行比較，以評(píng)價(jià)綜合的零件精度。測(cè)量一個(gè)典型的零件約需2min。測(cè)量后，用戶幾乎可以立即從數(shù)據(jù)中獲得3維圖像或輪廓。Marron解釋說(shuō)：“對(duì)于輪廓，用戶按鼠標(biāo)左鍵，擊右鍵以確定輪廓極限。另外，我們也可以沿著圓弧劃曲線，也可以對(duì)某個(gè)零件進(jìn)行數(shù)字式平面化或以數(shù)字方式記錄革個(gè)零件?！?
在Z方向，系統(tǒng)可以分辨出0.5μm。Marron說(shuō)：“我們有些用戶想讓我們降低該數(shù)字，而我們也正征那個(gè)方向發(fā)展?！碑?dāng)前HoloMapper能測(cè)量的零件尺寸不大于178mm×178mm×178mm。在不久的將來(lái)，我們希望將尺寸增大到305mm×305mm×305mm。在X和Y方向，當(dāng)視野為178mm×178mm時(shí)，HoloMapper的X—Y像素尺寸為0.178mm×0.178mm。
Marron說(shuō)：“如果某人要測(cè)量像孔位置一類(lèi)的特征，在CCD陣列上，我們得到許多超過(guò)圓直徑的樣值。我們可以進(jìn)行子像素處理以確定像孔徑一類(lèi)的特征，精度好于0.178mm?！卑凑仗厥獾念伾L制高度值，可以產(chǎn)生用肉眼看的有用圖像。通過(guò)采用3維眼鏡，觀察者可以獲得從屏幕上豎起的圖像，這樣可以提高視覺(jué)判斷。
在進(jìn)入該新系統(tǒng)之前，零件必須清洗。HoloMapper會(huì)將遺留在零件上的油膜解釋為高度偏差。零件必須在系統(tǒng)的激光下保持靜止?fàn)顟B(tài)?？梢圆捎米詣?dòng)插入零件，但Holo-Vision還沒(méi)有設(shè)置這種操作?，F(xiàn)在，新系統(tǒng)的10個(gè)被宣布在?現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
Morran看到HoloMapper在某些領(lǐng)域與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)競(jìng)爭(zhēng)?！拔覀兊挠脩粼谑褂米鴺?biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)所遇到的問(wèn)題是，在較大面積上進(jìn)行精密零件精確采樣時(shí)，速度很慢。而我們卻有在1min~2min內(nèi)對(duì)一個(gè)樣件采集1百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的能力?！芭嘤?xùn)某人使用最新HoloMapper的版本，它被安裝在一個(gè)NEMA12外殼內(nèi)，約需要4h。(end)
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評(píng)論