光學和視頻測量儀器的技術進展

瑞士丹青 · 發表于 2008-4-30 11:14:42

在過去的幾十年里，很少有其它檢測儀器像光學投影比較儀那樣測量快捷、使用方便。光學投影比較測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行對比，以直接判定工件合格與否。雖然隨著采用電子技術、精度更高的幾何形貌測量技術的發展，光學比較測量這種簡單的檢測方式已顯得有些過時，但投影比較儀仍然是生產車間最常用的視覺檢測儀器。
與此同時，其它高技術測量儀器的測量能力在不斷提高，如基于視頻攝像機的視覺檢測系統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微結構或進行三維測量時，這些測量功能的價值就顯示出來。當采用基本型投影比較儀或視覺檢測系統無法對被測工件形貌進行充分照明時，儀器開發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。
關于光學投影比較儀將被淘汰的說法不僅言過其實，而且是完全錯誤的。事實上，近年來出現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廠家在不斷增加。投影比較儀的流行基于一個簡單而為大家所熟知的事實：使用方便，非常適合在生產車間現場使用。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的銷售量（雖然年輕一代的工人可能更欣賞視頻攝像機和監視器）。
投影比較儀的優點是經久耐用，而且屬于低技術產品，結構相當簡單（僅包括一個工作臺、一組透鏡、一個光源、一個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被視頻攝像測量系統所取代（目前視頻測量系統通常安放在計量室，主要用于終檢工序）。既然視頻測量系統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計了OV2光學/視頻轉接器，以增強其易用性。該公司自幾年前首次開發出OV2系統后，現在對于在投影比較儀上使用視頻測量系統的效益抱有更高的預期。為此，公司更換了系統原有的硬件聯接方式，將視頻圖像輸出與投影比較儀的讀數器組合到QC300觸摸顯示屏上。該系統可通過切換安裝在HD400投影比較儀滑軌上的兩組透鏡，實現光學測量方式與視頻測量方式的相互轉換。
在必須將工件從投影比較儀再送到其它儀器（如視頻測量系統或萬工顯）上作進一步檢測的情況下，就可以充分體現出組合測量方式的潛在價值。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系統卻能完成用投影比較儀難以完成的檢測任務。
QC300觸摸顯示屏的應用可使投影比較儀用途更廣泛、讀數更精確，它能顯示X-Y讀數和測量數據，同時內置的視頻卡可支持視頻攝像機的實時圖像。此外，它還具有CNC視頻系統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線周圍圓形區內的圖像，對工件的邊緣點進行自動檢測和定標，從而可消除操作者用十字線肉眼瞄準工件邊緣造成的主觀人為誤差。
視頻攝像機還能突破光學測量基本放大倍數的局限。投影比較儀透鏡組的放大倍數通常為25～100倍，如果需要更高的放大倍數以測量微小零件或看清零件的微細結構，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。而視頻攝像機具有更強的照明功能，利用視場透鏡，可以達到250倍的放大倍數，且不會減弱視場亮度，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上配置其它測頭系統，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上再進行檢測。這種在基于視頻測量的系統中加裝觸發式測頭和其它測頭的多傳感器測量機前些年即已出現。目前，高端測量系統開始逐漸演變為綜合了坐標測量機與激光掃描多維測量系統各自優勢的“全合一”型測量機。
OGP（Optical Gaging Products）公司的專家指出，在視頻測量機上加裝觸發式測頭和/或激光測頭后，可以大大增強測量機的測量能力。視頻系統在邊緣測量上具有優勢，而觸發式測頭、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行綜合處理后，就可以方便地將加工后工件的檢測結果與CAD文件進行比較。
OGP公司的SmartScope系列視頻測量機就集成了多種傳感測頭系統。例如，SmartScope Flash 500是一種小型多測頭測量系統，可以配備用于非接觸輪廓測量的TTL激光測頭。該系統的測量范圍為500mm×450mm×200mm（Z軸可擴展至300mm）。SmartScope Quest 600的可選測頭還包括一個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X、Y、Z工作臺的移動范圍為450mm×610mm×200mm。
軟件升級是管理多傳感測頭測量能力的關鍵。事實上，基于工件的CAD文件來編制測頭的測量路徑是可以實現的。目前已開發出了用于OGP測量系統的CAD軟件，利用該軟件可高效、簡便地創建和處理測頭路徑。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，并在此基礎上編制測頭路徑。測量程序的編制既可在測量機上進行，也可以脫機方式在PC機上完成。
為了實現視覺測量系統的編程能力與CAD功能的集成化，海克斯康測量集團（Hexagon Metrology）旗下的Wilcox Associates公司開發了一種“Vision”軟件模塊。作為該公司發布的PC-DMIS 4.0軟件的一部分，該模塊設計的用戶界面采用了坐標測量機用戶所熟悉的方式，同時還在模塊中集成了視覺特效工具。為了使脫機編程操作更為逼真，這些特效工具能夠對視覺測量系統真實的照明狀況、放大倍數和聚焦控制進行仿真模擬，并可對其進行補償。此外，該模塊用于多傳感測頭測量機時，允許用戶在觸發式測頭和視頻測頭之間進行切換而無需重新標定。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。該軟件的另一個特點是具有“AutoShutter（自動快門）”功能，它就像一個自動向導，可以幫助手動測量機用戶沿著給定的視場進行檢測程序操作，它能以箭頭、至目標的距離、可自動更新的移動方向、自動獲取目標特征等方式為操作者指示跟隨測量的目標，操作者無需使用操作手柄來控制測量過程。
視覺/多測頭測量系統的另一個發展趨勢可以用“越來越大”來形容。在過去二十年里，測量系統的體積在不斷增大。較大的測量工作臺加上自動檢測程序，使測量機能夠檢測大型零件或在一臺測量機上同時檢測許多個小零件。Micro-Vu公司的Excel多測頭測量機最初的測量區域為600mm×600mm×150mm，而現在的機型工作臺長度達到2500mm。制造商用這種Excel測量機來檢測50″（1300mm）LCD電視機屏幕和外殼，這些電視屏工件的尺寸公差要求十分嚴格。該測量系統的另一項大尺寸測量應用——儀表面板的孔位測量也同樣如此。
這種大型測量機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測量中同時檢測多個不同的小型工件，如操作者能在儀器上同時安裝20個6英寸大的工件。當儀器對這些工件進行自動測量時，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工作的檢測方式可以提高生產率和削減人工成本。一個比較極端的例子是易拉罐蓋的測量。Excel測量機一次可以同時測量48個罐蓋，為了保證罐蓋與罐體的正確配合和拉環開啟功能的良好，在每個罐蓋上都要選取大量的檢測點。罐蓋制造商可以不斷從生產線上抽取工件樣品進行檢測，而操作人員的費用投入卻很低。
這種大批量自動檢測方式直到不久以前才獲得了廣泛應用。大約5年前，測量機操作方式開始從手動測量向自動測量轉換。在現在的自動測量方式下，操作者除了安裝工件和啟動測量程序外，幾乎不需要再干任何事情。因此，正如易于使用的光學投影比較儀一樣，視覺檢測對操作者專業技術知識和主觀判斷能力的依賴正變得越來越小。
一個可替代傳統視覺測量工具的選擇是基于近年來的一個發明——數碼相機。用一個配備高清晰度數碼相機的測量系統能夠獲取大量測量數據。這些測量數據可用于產品檢測、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測量系統能夠在約1/8秒內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，測量軟件可將圖像轉換為數百萬個測量點，精度達0.025～0.1mm（如果需要還可更高）。此外，這種測量機對環境條件要求不高，可以放置在生產車間的加工設備旁使用，據說即使其玻璃測量表面有很深的劃痕和裂紋（在生產環境中出現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，Planar系統可以替代更為常規的光學或基于相機的測量系統。此外，該系統還能夠完成其它一些工作，例如將打印的CAD圖紙轉換為DXF電子文檔、測量彎管、利用激光創建工件的三維模型等。系統采用激光三角法測量位置點的誤差，從而能夠測量物體任意部位的高度，包括那些用量規和卡尺無法測量的部位。

hongqing20 · 發表于 2010-1-10 11:33:12

我想找哪里有平面視頻測量儀，加工工件時用的。

瑞士丹青 · 發表于 2010-1-11 12:04:18

想測量什么？請說的盡可能詳細些！

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