光學(xué)和視頻測(cè)量?jī)x器的技術(shù)進(jìn)展

瑞士丹青 · 發(fā)表于 2008-4-30 11:14:42

在過(guò)去的幾十年里,，很少有其它檢測(cè)儀器像光學(xué)投影比較儀那樣測(cè)量快捷、使用方便,。光學(xué)投影比較測(cè)量是將投射到投影屏上的工件放大輪廓與繪制有按比例放大的工件正確外形及公差帶的透明膠片進(jìn)行對(duì)比,，以直接判定工件合格與否,。雖然隨著采用電子技術(shù)、精度更高的幾何形貌測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,，光學(xué)比較測(cè)量這種簡(jiǎn)單的檢測(cè)方式已顯得有些過(guò)時(shí),，但投影比較儀仍然是生產(chǎn)車(chē)間最常用的視覺(jué)檢測(cè)儀器。
與此同時(shí),，其它高技術(shù)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量能力在不斷提高,，如基于視頻攝像機(jī)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠降低操作者的人為誤差，使微小的工件形貌可見(jiàn)和可測(cè),。雖然并非在所有加工場(chǎng)合都需要使用這些儀器的全部功能,，但在需要檢測(cè)工件的細(xì)微結(jié)構(gòu)或進(jìn)行三維測(cè)量時(shí)，這些測(cè)量功能的價(jià)值就顯示出來(lái),。當(dāng)采用基本型投影比較儀或視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)被測(cè)工件形貌進(jìn)行充分照明時(shí),，儀器開(kāi)發(fā)商就開(kāi)始著手增加儀器的測(cè)量功能，將其檢測(cè)能力升級(jí)到更高水平,。
關(guān)于光學(xué)投影比較儀將被淘汰的說(shuō)法不僅言過(guò)其實(shí),，而且是完全錯(cuò)誤的。事實(shí)上,，近年來(lái)出現(xiàn)了購(gòu)買(mǎi)和使用投影比較儀的熱潮,，擁有十幾臺(tái)以上投影比較儀的生產(chǎn)廠家在不斷增加。投影比較儀的流行基于一個(gè)簡(jiǎn)單而為大家所熟知的事實(shí)：使用方便,，非常適合在生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)使用,。目前，投影比較儀的銷(xiāo)售量并不遜于甚至超過(guò)了視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的銷(xiāo)售量（雖然年輕一代的工人可能更欣賞視頻攝像機(jī)和監(jiān)視器）,。
投影比較儀的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)久耐用，而且屬于低技術(shù)產(chǎn)品,，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單（僅包括一個(gè)工作臺(tái),、一組透鏡、一個(gè)光源,、一個(gè)投影屏和一面反射鏡）,。今后，投影比較儀在車(chē)間的作用或許會(huì)被視頻攝像測(cè)量系統(tǒng)所取代（目前視頻測(cè)量系統(tǒng)通常安放在計(jì)量室,，主要用于終檢工序）,。既然視頻測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)功能與投影比較儀有相似之處，為什么不能將兩種儀器合而為一呢,？為此,，Starrett公司在它的臥式投影比較儀上重新設(shè)計(jì)了OV2光學(xué)/視頻轉(zhuǎn)接器，以增強(qiáng)其易用性,。該公司自幾年前首次開(kāi)發(fā)出OV2系統(tǒng)后,，現(xiàn)在對(duì)于在投影比較儀上使用視頻測(cè)量系統(tǒng)的效益抱有更高的預(yù)期。為此，公司更換了系統(tǒng)原有的硬件聯(lián)接方式,，將視頻圖像輸出與投影比較儀的讀數(shù)器組合到QC300觸摸顯示屏上,。該系統(tǒng)可通過(guò)切換安裝在HD400投影比較儀滑軌上的兩組透鏡，實(shí)現(xiàn)光學(xué)測(cè)量方式與視頻測(cè)量方式的相互轉(zhuǎn)換,。
在必須將工件從投影比較儀再送到其它儀器（如視頻測(cè)量系統(tǒng)或萬(wàn)工顯）上作進(jìn)一步檢測(cè)的情況下,，就可以充分體現(xiàn)出組合測(cè)量方式的潛在價(jià)值。用戶或許可以用投影比較儀的低倍放大鏡完成大部分測(cè)量工作,，但OV2系統(tǒng)卻能完成用投影比較儀難以完成的檢測(cè)任務(wù),。
QC300觸摸顯示屏的應(yīng)用可使投影比較儀用途更廣泛、讀數(shù)更精確,，它能顯示X-Y讀數(shù)和測(cè)量數(shù)據(jù),，同時(shí)內(nèi)置的視頻卡可支持視頻攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像。此外,，它還具有CNC視頻系統(tǒng)普遍具有的視頻邊緣檢測(cè)功能,，即可通過(guò)掃描在顯示器十字瞄準(zhǔn)線周?chē)鷪A形區(qū)內(nèi)的圖像，對(duì)工件的邊緣點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和定標(biāo),，從而可消除操作者用十字線肉眼瞄準(zhǔn)工件邊緣造成的主觀人為誤差,。
視頻攝像機(jī)還能突破光學(xué)測(cè)量基本放大倍數(shù)的局限。投影比較儀透鏡組的放大倍數(shù)通常為25～100倍,，如果需要更高的放大倍數(shù)以測(cè)量微小零件或看清零件的微細(xì)結(jié)構(gòu),，就必須采用更小的透鏡組，而這意味著通過(guò)透鏡的光量更少,，視場(chǎng)更暗,，以致無(wú)法看清圖像。而視頻攝像機(jī)具有更強(qiáng)的照明功能,，利用視場(chǎng)透鏡,，可以達(dá)到250倍的放大倍數(shù)，且不會(huì)減弱視場(chǎng)亮度,，因此可以檢測(cè)更小的工件形貌,。
與此類(lèi)似，也可以在視頻測(cè)量系統(tǒng)上配置其它測(cè)頭系統(tǒng),，使其能測(cè)量更多不同的工件形貌,，而不必移至不同的測(cè)量機(jī)上再進(jìn)行檢測(cè)。這種在基于視頻測(cè)量的系統(tǒng)中加裝觸發(fā)式測(cè)頭和其它測(cè)頭的多傳感器測(cè)量機(jī)前些年即已出現(xiàn),。目前,，高端測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始逐漸演變?yōu)榫C合了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與激光掃描多維測(cè)量系統(tǒng)各自優(yōu)勢(shì)的“全合一”型測(cè)量機(jī)。
OGP（Optical Gaging Products）公司的專(zhuān)家指出,，在視頻測(cè)量機(jī)上加裝觸發(fā)式測(cè)頭和/或激光測(cè)頭后,，可以大大增強(qiáng)測(cè)量機(jī)的測(cè)量能力,。視頻系統(tǒng)在邊緣測(cè)量上具有優(yōu)勢(shì)，而觸發(fā)式測(cè)頭,、掃描測(cè)頭和激光測(cè)頭能提供表面輪廓測(cè)量,，采用一套測(cè)量軟件對(duì)不同測(cè)頭獲得的測(cè)量信息進(jìn)行綜合處理后，就可以方便地將加工后工件的檢測(cè)結(jié)果與CAD文件進(jìn)行比較,。
OGP公司的SmartScope系列視頻測(cè)量機(jī)就集成了多種傳感測(cè)頭系統(tǒng),。例如，SmartScope Flash 500是一種小型多測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng),，可以配備用于非接觸輪廓測(cè)量的TTL激光測(cè)頭,。該系統(tǒng)的測(cè)量范圍為500mm×450mm×200mm（Z軸可擴(kuò)展至300mm）。SmartScope Quest 600的可選測(cè)頭還包括一個(gè)觸測(cè)力為毫克級(jí)的微測(cè)頭,，可用于測(cè)量易碎或敏感工件的微小形貌,，該系統(tǒng)X、Y,、Z工作臺(tái)的移動(dòng)范圍為450mm×610mm×200mm,。
軟件升級(jí)是管理多傳感測(cè)頭測(cè)量能力的關(guān)鍵。事實(shí)上,，基于工件的CAD文件來(lái)編制測(cè)頭的測(cè)量路徑是可以實(shí)現(xiàn)的,。目前已開(kāi)發(fā)出了用于OGP測(cè)量系統(tǒng)的CAD軟件，利用該軟件可高效,、簡(jiǎn)便地創(chuàng)建和處理測(cè)頭路徑,。OGP公司的SmartCAD 3-D軟件使用戶能按照工件的CAD文件選擇被測(cè)形貌，并在此基礎(chǔ)上編制測(cè)頭路徑,。測(cè)量程序的編制既可在測(cè)量機(jī)上進(jìn)行,，也可以脫機(jī)方式在PC機(jī)上完成。
為了實(shí)現(xiàn)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的編程能力與CAD功能的集成化,，�,？怂箍禍y(cè)量集團(tuán)（Hexagon Metrology）旗下的Wilcox Associates公司開(kāi)發(fā)了一種“Vision”軟件模塊。作為該公司發(fā)布的PC-DMIS 4.0軟件的一部分,，該模塊設(shè)計(jì)的用戶界面采用了坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用戶所熟悉的方式，同時(shí)還在模塊中集成了視覺(jué)特效工具,。為了使脫機(jī)編程操作更為逼真,，這些特效工具能夠?qū)σ曈X(jué)測(cè)量系統(tǒng)真實(shí)的照明狀況、放大倍數(shù)和聚焦控制進(jìn)行仿真模擬,，并可對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償,。此外，該模塊用于多傳感測(cè)頭測(cè)量機(jī)時(shí),，允許用戶在觸發(fā)式測(cè)頭和視頻測(cè)頭之間進(jìn)行切換而無(wú)需重新標(biāo)定,。這種軟件有助于將工件的CAD模型擬合到視覺(jué)測(cè)量的視頻環(huán)境之中,。通過(guò)將CAD模型引入測(cè)量編程，使視覺(jué)測(cè)量成為了真正意義上的三維測(cè)量,。該軟件的另一個(gè)特點(diǎn)是具有“AutoShutter（自動(dòng)快門(mén)）”功能,，它就像一個(gè)自動(dòng)向?qū)В梢詭椭謩?dòng)測(cè)量機(jī)用戶沿著給定的視場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)程序操作,，它能以箭頭,、至目標(biāo)的距離、可自動(dòng)更新的移動(dòng)方向,、自動(dòng)獲取目標(biāo)特征等方式為操作者指示跟隨測(cè)量的目標(biāo),，操作者無(wú)需使用操作手柄來(lái)控制測(cè)量過(guò)程。
視覺(jué)/多測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)可以用“越來(lái)越大”來(lái)形容,。在過(guò)去二十年里,，測(cè)量系統(tǒng)的體積在不斷增大。較大的測(cè)量工作臺(tái)加上自動(dòng)檢測(cè)程序,，使測(cè)量機(jī)能夠檢測(cè)大型零件或在一臺(tái)測(cè)量機(jī)上同時(shí)檢測(cè)許多個(gè)小零件,。Micro-Vu公司的Excel多測(cè)頭測(cè)量機(jī)最初的測(cè)量區(qū)域?yàn)?00mm×600mm×150mm，而現(xiàn)在的機(jī)型工作臺(tái)長(zhǎng)度達(dá)到2500mm,。制造商用這種Excel測(cè)量機(jī)來(lái)檢測(cè)50″（1300mm）LCD電視機(jī)屏幕和外殼,，這些電視屏工件的尺寸公差要求十分嚴(yán)格。該測(cè)量系統(tǒng)的另一項(xiàng)大尺寸測(cè)量應(yīng)用——儀表面板的孔位測(cè)量也同樣如此,。
這種大型測(cè)量機(jī)并不僅僅只能用于檢測(cè)大型工件,，用戶還能用它在一次自動(dòng)測(cè)量中同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的小型工件，如操作者能在儀器上同時(shí)安裝20個(gè)6英寸大的工件,。當(dāng)儀器對(duì)這些工件進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量時(shí),，操作者可以去測(cè)量其它工件或干別的事情。這種允許操作者從事多項(xiàng)工作的檢測(cè)方式可以提高生產(chǎn)率和削減人工成本,。一個(gè)比較極端的例子是易拉罐蓋的測(cè)量,。Excel測(cè)量機(jī)一次可以同時(shí)測(cè)量48個(gè)罐蓋，為了保證罐蓋與罐體的正確配合和拉環(huán)開(kāi)啟功能的良好,，在每個(gè)罐蓋上都要選取大量的檢測(cè)點(diǎn),。罐蓋制造商可以不斷從生產(chǎn)線上抽取工件樣品進(jìn)行檢測(cè)，而操作人員的費(fèi)用投入?yún)s很低,。
這種大批量自動(dòng)檢測(cè)方式直到不久以前才獲得了廣泛應(yīng)用,。大約5年前，測(cè)量機(jī)操作方式開(kāi)始從手動(dòng)測(cè)量向自動(dòng)測(cè)量轉(zhuǎn)換,。在現(xiàn)在的自動(dòng)測(cè)量方式下,，操作者除了安裝工件和啟動(dòng)測(cè)量程序外，幾乎不需要再干任何事情,。因此,，正如易于使用的光學(xué)投影比較儀一樣,，視覺(jué)檢測(cè)對(duì)操作者專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)和主觀判斷能力的依賴正變得越來(lái)越小。
一個(gè)可替代傳統(tǒng)視覺(jué)測(cè)量工具的選擇是基于近年來(lái)的一個(gè)發(fā)明——數(shù)碼相機(jī),。用一個(gè)配備高清晰度數(shù)碼相機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)能夠獲取大量測(cè)量數(shù)據(jù),。這些測(cè)量數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品檢測(cè)、逆向工程或“二維”工件的厚度和平面度測(cè)量,。
PMST Group公司的Planar 2D測(cè)量系統(tǒng)能夠在約1/8秒內(nèi)獲取置于其玻璃測(cè)量表面的工件圖像,，然后在接下來(lái)的25秒鐘內(nèi)，測(cè)量軟件可將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)百萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn),，精度達(dá)0.025～0.1mm（如果需要還可更高）,。此外，這種測(cè)量機(jī)對(duì)環(huán)境條件要求不高,，可以放置在生產(chǎn)車(chē)間的加工設(shè)備旁使用,，據(jù)說(shuō)即使其玻璃測(cè)量表面有很深的劃痕和裂紋（在生產(chǎn)環(huán)境中出現(xiàn)一些損傷是難以避免的），儀器照樣能正常工作,。
作為一種用于測(cè)量平面型工件的二維測(cè)量系統(tǒng),，Planar系統(tǒng)可以替代更為常規(guī)的光學(xué)或基于相機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)。此外,，該系統(tǒng)還能夠完成其它一些工作,，例如將打印的CAD圖紙轉(zhuǎn)換為DXF電子文檔、測(cè)量彎管,、利用激光創(chuàng)建工件的三維模型等,。系統(tǒng)采用激光三角法測(cè)量位置點(diǎn)的誤差，從而能夠測(cè)量物體任意部位的高度,，包括那些用量規(guī)和卡尺無(wú)法測(cè)量的部位,。

hongqing20 · 發(fā)表于 2010-1-10 11:33:12

我想找哪里有平面視頻測(cè)量?jī)x，加工工件時(shí)用的,。

瑞士丹青 · 發(fā)表于 2010-1-11 12:04:18

想測(cè)量什么,？請(qǐng)說(shuō)的盡可能詳細(xì)些！

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