快速而精確的激光測量技術
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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：“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(shù)據(jù)。如果激光射到表面的點在Z方向發(fā)生變化，則反射光射到檢測器的部位也會發(fā)生變化。使用三角測量法，我們可以精確確定兩個點之間的高度差。”
該公司的Cyberscan Cobra3維輪廓儀可以收集在高度、長度、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軸移動臂上。由一個3維半敞開平臺將Cobra定位在目標物上方，而測量臺提供X軸運動。
另一個產(chǎn)品，即Vantage檢測系統(tǒng)，可以對152mm×152mm的面積進行3維掃描。它可以產(chǎn)生一個地形高度圖，分辨力精確至0.125μm。測量范圍為8000μm。其自動的X—Y工作臺，由系統(tǒng)的計算機控制，給操作者一個為他們想測量的樣呂的編程面積的機會。該公司制作的3個或4個傳感器可以與Vantage或Cobra3維系統(tǒng)一起使用。
激光測量系統(tǒng)必須克服的一大障礙是光斑尺寸。Batten說：“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光斑，因為可以成像和測量很小的特征。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)隨著時間的流逝，激光系統(tǒng)變得越來越有價格競爭力。“激光技術的研究是一個熱門領域。
像我們一樣，人們從通訊系統(tǒng)方面的進步中受益匪淺。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.是接觸式測量系統(tǒng)的優(yōu)秀制造廠，它生產(chǎn)用于手動或直接數(shù)控的坐標測量機的激光檢測系統(tǒng)。由Wolf Beck制造的OTP64M光學觸發(fā)式測頭系統(tǒng)，允許坐標測量機的用戶可以在其機床上添加非接觸式檢測功能。
Renishaw的Denis Zayia說：“我們在Wolf Beck測頭上添加了Renishaw自動接合器，它還有一個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自動頭上連接上系統(tǒng)?！辈捎猛S光學三角測量，該測頭系統(tǒng)包括一個Class2激光器并在激光光斑到達共焦點位置時產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。由于OTP6M模擬標準接觸式觸發(fā)測頭的輸出信號，不需專用軟件就可使用該激光測頭。
Zayia解釋說：“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那是一個實在的方法。”還還看到激光測量系統(tǒng)的價格有顯著降低?！叭绻⒁獾轿覀兊腤olf Beck系統(tǒng)，其中包括測頭、接口和各種附件，其價格約為12000美元，該測頭是裝在坐標測量機上的視頻測頭。其價格已下降，而且還會進一步降價?！?
將來，激光測量能替代接觸測量嗎？Zayia主意到：“機械式測量將占統(tǒng)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身的機床上采用激光，且它撞入了零件當中，則激光會中斷。我認為激光的固定比較昂貴?！?
Erim International Inc.專門開發(fā)用于軍事衛(wèi)星上的感知系統(tǒng)（特殊的綜合小孔雷達）。他們的Holo-Vision集團開發(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)測量系統(tǒng)為基礎的知識。
Holo-Vision集團的總經(jīng)理Joseph C. Marron說，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工作同時用激光照射整個零件。“我們將激光束分成一個目標光束和一個參考光束，然后記錄由射到CCD攝象機上生成的全息圖。用計數(shù)法譯碼的全息圖進到能夠形成圖象的計算機。我們的智能特點是代碼或數(shù)字信號處理，它允許我們?nèi)〉萌D信息并將其轉(zhuǎn)換為3維圖像?！?
Holo-Vision所用的攝象機具備一個1000×1000像系CCD陣列，因此系統(tǒng)可能在一個零件上收集1百萬個數(shù)據(jù)點。利用專用軟件，用戶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(shù)據(jù)可以與CAD模型進行比較，以評價綜合的零件精度。測量一個典型的零件約需2min。測量后，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：“對于輪廓，用戶按鼠標左鍵，擊右鍵以確定輪廓極限。另外，我們也可以沿著圓弧劃曲線，也可以對某個零件進行數(shù)字式平面化或以數(shù)字方式記錄革個零件。”
在Z方向，系統(tǒng)可以分辨出0.5μm。Marron說：“我們有些用戶想讓我們降低該數(shù)字，而我們也正征那個方向發(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，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，HoloMapper的X—Y像素尺寸為0.178mm×0.178mm。
Marron說：“如果某人要測量像孔位置一類的特征，在CCD陣列上，我們得到許多超過圓直徑的樣值。我們可以進行子像素處理以確定像孔徑一類的特征，精度好于0.178mm。”按照特殊的顏色繪制高度值，可以產(chǎn)生用肉眼看的有用圖像。通過采用3維眼鏡，觀察者可以獲得從屏幕上豎起的圖像，這樣可以提高視覺判斷。
在進入該新系統(tǒng)之前，零件必須清洗。HoloMapper會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)的激光下保持靜止狀態(tài)?？梢圆捎米詣硬迦肓慵獺olo-Vision還沒有設置這種操作?，F(xiàn)在，新系統(tǒng)的10個被宣布在?現(xiàn)場測試。
Morran看到HoloMapper在某些領域與坐標測量機競爭?！拔覀兊挠脩粼谑褂米鴺藴y量機時所遇到的問題是，在較大面積上進行精密零件精確采樣時，速度很慢。而我們卻有在1min~2min內(nèi)對一個樣件采集1百萬個點的能力?！芭嘤柲橙耸褂米钚翲oloMapper的版本，它被安裝在一個NEMA12外殼內(nèi)，約需要4h。(end)
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