光學(xué)和視頻測量儀器的技術(shù)進(jìn)展
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與此同時(shí)，其它高技術(shù)測量儀器的測量能力在不斷提高，如基于視頻攝像機(jī)的視覺檢測系統(tǒng)能夠降低操作者的人為誤差，使微小的工件形貌可見和可測。雖然并非在所有加工場合都需要使用這些儀器的全部功能，但在需要檢測工件的細(xì)微結(jié)構(gòu)或進(jìn)行三維測量時(shí)，這些測量功能的價(jià)值就顯示出來。當(dāng)采用基本型投影比較儀或視覺檢測系統(tǒng)無法對被測工件形貌進(jìn)行充分照明時(shí)，儀器開發(fā)商就開始著手增加儀器的測量功能，將其檢測能力升級到更高水平。
關(guān)于光學(xué)投影比較儀將被淘汰的說法不僅言過其實(shí)，而且是完全錯(cuò)誤的。事實(shí)上，近年來出現(xiàn)了購買和使用投影比較儀的熱潮，擁有十幾臺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)車間現(xiàn)場使用。目前，投影比較儀的銷售量并不遜于甚至超過了視覺測量系統(tǒng)的銷售量（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)簡單（僅包括一個(gè)工作臺、一組透鏡、一個(gè)光源、一個(gè)投影屏和一面反射鏡）。今后，投影比較儀在車間的作用或許會(huì)被視頻攝像測量系統(tǒng)所取代（目前視頻測量系統(tǒng)通常安放在計(jì)量室，主要用于終檢工序）。既然視頻測量系統(tǒng)的檢測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發(fā)出OV2系統(tǒng)后，現(xiàn)在對于在投影比較儀上使用視頻測量系統(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)測量方式與視頻測量方式的相互轉(zhuǎn)換。
在必須將工件從投影比較儀再送到其它儀器（如視頻測量系統(tǒng)或萬工顯）上作進(jìn)一步檢測的情況下，就可以充分體現(xiàn)出組合測量方式的潛在價(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功能，即可通過掃描在顯示器十字瞄準(zhǔn)線周圍圓形區(qū)內(nèi)的圖像，對工件的邊緣點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測和定標(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，而這意味著通過透鏡的光量更少，視場更暗，以致無法看清圖像。而視頻攝像機(jī)具有更強(qiáng)的照明功能，利用視場透鏡，可以達(dá)到250倍的放大倍數(shù)，且不會(huì)減弱視場亮度，因此可以檢測更小的工件形貌。
與此類似，也可以在視頻測量系統(tǒng)上配置其它測頭系統(tǒng)，使其能測量更多不同的工件形貌，而不必移至不同的測量機(jī)上再進(jìn)行檢測。這種在基于視頻測量的系統(tǒng)中加裝觸發(fā)式測頭和其它測頭的多傳感器測量機(jī)前些年即已出現(xiàn)。目前，高端測量系統(tǒng)開始逐漸演變?yōu)榫C合了坐標(biāo)測量機(jī)與激光掃描多維測量系統(tǒng)各自優(yōu)勢的“全合一”型測量機(jī)。
OGP（Optical Gaging Products）公司的專家指出，在視頻測量機(jī)上加裝觸發(fā)式測頭和/或激光測頭后，可以大大增強(qiáng)測量機(jī)的測量能力。視頻系統(tǒng)在邊緣測量上具有優(yōu)勢，而觸發(fā)式測頭、掃描測頭和激光測頭能提供表面輪廓測量，采用一套測量軟件對不同測頭獲得的測量信息進(jìn)行綜合處理后，就可以方便地將加工后工件的檢測結(jié)果與CAD文件進(jìn)行比較。
OGP公司的SmartScope系列視頻測量機(jī)就集成了多種傳感測頭系統(tǒng)。例如，SmartScope Flash 500是一種小型多測頭測量系統(tǒng)，可以配備用于非接觸輪廓測量的TTL激光測頭。該系統(tǒng)的測量范圍為500mm×450mm×200mm（Z軸可擴(kuò)展至300mm）。SmartScope Quest 600的可選測頭還包括一個(gè)觸測力為毫克級的微測頭，可用于測量易碎或敏感工件的微小形貌，該系統(tǒng)X、Y、Z工作臺的移動(dòng)范圍為450mm×610mm×200mm。
軟件升級是管理多傳感測頭測量能力的關(guān)鍵。事實(shí)上，基于工件的CAD文件來編制測頭的測量路徑是可以實(shí)現(xiàn)的。目前已開發(fā)出了用于OGP測量系統(tǒng)的CAD軟件，利用該軟件可高效、簡便地創(chuàng)建和處理測頭路徑。OGP公司的SmartCAD 3-D軟件使用戶能按照工件的CAD文件選擇被測形貌，并在此基礎(chǔ)上編制測頭路徑。測量程序的編制既可在測量機(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)視覺測量系統(tǒng)的編程能力與CAD功能的集成化，?？怂箍禍y量集團(tuán)（Hexagon Metrology）旗下的Wilcox Associates公司開發(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)測量機(jī)用戶所熟悉的方式，同時(shí)還在模塊中集成了視覺特效工具。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測量系統(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，并可對其進(jìn)行補(bǔ)償。此外，該模塊用于多傳感測頭測量機(jī)時(shí)，允許用戶在觸發(fā)式測頭和視頻測頭之間進(jìn)行切換而無需重新標(biāo)定。這種軟件有助于將工件的CAD模型擬合到視覺測量的視頻環(huán)境之中。通過將CAD模型引入測量編程，使視覺測量成為了真正意義上的三維測量。該軟件的另一個(gè)特點(diǎn)是具有“AutoShutter（自動(dòng)快門）”功能，它就像一個(gè)自動(dòng)向?qū)В梢詭椭謩?dòng)測量機(jī)用戶沿著給定的視場進(jìn)行檢測程序操作，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量的目標(biāo)，操作者無需使用操作手柄來控制測量過程。
視覺/多測頭測量系統(tǒng)的另一個(gè)發(fā)展趨勢可以用“越來越大”來形容。在過去二十年里，測量系統(tǒng)的體積在不斷增大。較大的測量工作臺加上自動(dòng)檢測程序，使測量機(jī)能夠檢測大型零件或在一臺測量機(jī)上同時(shí)檢測許多個(gè)小零件。Micro-Vu公司的Excel多測頭測量機(jī)最初的測量區(qū)域?yàn)?00mm×600mm×150mm，而現(xiàn)在的機(jī)型工作臺長度達(dá)到2500mm。制造商用這種Excel測量機(jī)來檢測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。該測量系統(tǒng)的另一項(xiàng)大尺寸測量應(yīng)用——儀表面板的孔位測量也同樣如此。
這種大型測量機(jī)并不僅僅只能用于檢測大型工件，用戶還能用它在一次自動(dòng)測量中同時(shí)檢測多個(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)儀器對這些工件進(jìn)行自動(dòng)測量時(shí)，操作者可以去測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量。Excel測量機(jī)一次可以同時(shí)測量48個(gè)罐蓋，為了保證罐蓋與罐體的正確配合和拉環(huán)開啟功能的良好，在每個(gè)罐蓋上都要選取大量的檢測點(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，而操作人員的費(fèi)用投入?yún)s很低。
這種大批量自動(dòng)檢測方式直到不久以前才獲得了廣泛應(yīng)用。大約5年前，測量機(jī)操作方式開始從手動(dòng)測量向自動(dòng)測量轉(zhuǎn)換。在現(xiàn)在的自動(dòng)測量方式下，操作者除了安裝工件和啟動(dòng)測量程序外，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，視覺檢測對操作者專業(yè)技術(shù)知識和主觀判斷能力的依賴正變得越來越小。
一個(gè)可替代傳統(tǒng)視覺測量工具的選擇是基于近年來的一個(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)的測量系統(tǒng)能夠獲取大量測量數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品檢測、逆向工程或“二維”工件的厚度和平面度測量。
PMST Group公司的Planar 2D測量系統(tǒng)能夠在約1/8秒內(nèi)獲取置于其玻璃測量表面的工件圖像，然后在接下來的25秒鐘內(nèi)，測量軟件可將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)百萬個(gè)測量點(diǎn)，精度達(dá)0.025～0.1mm（如果需要還可更高）。此外，這種測量機(jī)對環(huán)境條件要求不高，可以放置在生產(chǎn)車間的加工設(shè)備旁使用，據(jù)說即使其玻璃測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。
作為一種用于測量平面型工件的二維測量系統(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)采用激光三角法測量位置點(diǎn)的誤差，從而能夠測量物體任意部位的高度，包括那些用量規(guī)和卡尺無法測量的部位。(end) 全息投影相關(guān)文章:全息投影原理
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