快速而精確的激光測量技術(shù)
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激光三角測量仍然是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。我們在檢測器上收集數據。如果激光射到表面的點(diǎn)在Z方向發(fā)生變化，則反射光射到檢測器的部位也會(huì )發(fā)生變化。使用三角測量法，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(cháng)度、面積、體積、平均高度和表面粗糙度的3維數據。CyberOptics公司的激光傳感器在50mm×50mm的是大測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)平臺將Cobra定位在目標物上方，而測量臺提供X軸運動(dòng)。
另一個(gè)產(chǎn)品，即Vantage檢測系統，可以對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。測量范圍為8000μm。其自動(dòng)的X—Y工作臺，由系統的計算機控制，給操作者一個(gè)為他們想測量的樣呂的編程面積的機會(huì )。該公司制作的3個(gè)或4個(gè)傳感器可以與Vantage或Cobra3維系統一起使用。
激光測量系統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(zhù)分辨力的大小。我們要生成很小的微細光斑，因為可以成像和測量很小的特征。如果可能的話(huà)，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)現隨著(zhù)時(shí)間的流逝，激光系統變得越來(lái)越有價(jià)格競爭力?！凹す饧夹g(shù)的研究是一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域。
像我們一樣，人們從通訊系統方面的進(jìn)步中受益匪淺。我們現在采用工作在600mm-700mm范圍內的激光器。我們喜歡采用范圍低至300mm-400mm的激光器?！?
Renishaw Inc.是接觸式測量系統的優(yōu)秀制造廠(chǎng)，它生產(chǎn)用于手動(dòng)或直接數控的坐標測量機的激光檢測系統。由Wolf Beck制造的OTP64M光學(xué)觸發(fā)式測頭系統，允許坐標測量機的用戶(hù)可以在其機床上添加非接觸式檢測功能。
Renishaw的Denis Zayia說(shuō)：“我們在Wolf Beck測頭上添加了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頭，都可以在PH6M和PH10自動(dòng)頭上連接上系統?！辈捎猛S光學(xué)三角測量，該測頭系統包括一個(gè)Class2激光器并在激光光斑到達共焦點(diǎn)位置時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號。由于OTP6M模擬標準接觸式觸發(fā)測頭的輸出信號，不需專(zhuān)用軟件就可使用該激光測頭。
Zayia解釋說(shuō)：“當有的人基本上需要利用接觸式觸發(fā)測頭檢測大部分零件，但是有一對零件要求采用非接觸式測量時(shí)那是一個(gè)實(shí)在的方法?！边€還看到激光測量系統的價(jià)格有顯著(zhù)降低?！叭绻⒁獾轿覀兊腤olf Beck系統，其中包括測頭、接口和各種附件，其價(jià)格約為12000美元，該測頭是裝在坐標測量機上的視頻測頭。其價(jià)格已下降，而且還會(huì )進(jìn)一步降價(jià)?！?
將來(lái)，激光測量能替代接觸測量嗎？Zayia主意到：“機械式測量將占統治地位，但激光測量設備將占更大的份額。就切斷測頭而言，我們絕大部分的這類(lèi)測頭都有分離模塊。最壞的情況是，您可能弄彎筆尖。如果您在一臺制作準備去油漆的車(chē)身的機床上采用激光，且它撞入了零件當中，則激光會(huì )中斷。我認為激光的固定比較昂貴?！?
Erim International Inc.專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)用于軍事衛星上的感知系統（特殊的綜合小孔雷達）。他們的Holo-Vision集團開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為Holo Mapper的激光裝置，此裝置利用了以產(chǎn)生工業(yè)測量系統為基礎的知識。
Holo-Vision集團的總經(jīng)理Joseph C. Marron說(shuō)，新系統可在幾分鐘內生成并記錄零件的數字全息圖。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)目標光束和一個(gè)參考光束，然后記錄由射到CCD攝象機上生成的全息圖。用計數法譯碼的全息圖進(jìn)到能夠形成圖象的計算機。我們的智能特點(diǎn)是代碼或數字信號處理，它允許我們取得全息圖信息并將其轉換為3維圖像?！?
Holo-Vision所用的攝象機具備一個(gè)1000×1000像系CCD陣列，因此系統可能在一個(gè)零件上收集1百萬(wàn)個(gè)數據點(diǎn)。利用專(zhuān)用軟件，用戶(hù)可以計算表面粗糙度、平面度和零件的二維度。此外，外零件上收集的數據可以與CAD模型進(jìn)行比較，以評價(jià)綜合的零件精度。測量一個(gè)典型的零件約需2min。測量后，用戶(hù)幾乎可以立即從數據中獲得3維圖像或輪廓。Marron解釋說(shuō)：“對于輪廓，用戶(hù)按鼠標左鍵，擊右鍵以確定輪廓極限。另外，我們也可以沿著(zhù)圓弧劃曲線(xiàn)，也可以對某個(gè)零件進(jìn)行數字式平面化或以數字方式記錄革個(gè)零件?！?
在Z方向，系統可以分辨出0.5μm。Marron說(shuō)：“我們有些用戶(hù)想讓我們降低該數字，而我們也正征那個(gè)方向發(fā)展?！碑斍癏oloMapper能測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(guān)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。零件必須在系統的激光下保持靜止狀態(tài)?？梢圆捎米詣?dòng)插入零件，但Holo-Vision還沒(méi)有設置這種操作?，F在，新系統的10個(gè)被宣布在?現場(chǎng)測試。
Morran看到HoloMapper在某些領(lǐng)域與坐標測量機競爭?！拔覀兊挠脩?hù)在使用坐標測量機時(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內對一個(gè)樣件采集1百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的能力?！芭嘤柲橙耸褂米钚翲oloMapper的版本，它被安裝在一個(gè)NEMA12外殼內，約需要4h。(end)
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