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光行天下 -> 光學(xué)檢測、光學(xué)測量與光機(jī)裝調(diào) -> 光學(xué)和視頻測量儀器的技術(shù)進(jìn)展 [點此返回論壇查看本帖完整版本]

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cyqdesign

2008-03-24 10:03

光學(xué)和視頻測量儀器的技術(shù)進(jìn)展

在過去的幾十年里，很少有其它檢測儀器像光學(xué)投影比較儀那樣測量快捷、使用方便。光學(xué)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(jìn)行對比，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量技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)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(chǎn)車間最常用的視覺檢測儀器。

與此同時，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，這些測量功能的價值就顯示出來。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，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，而且是完全錯誤的。事實上，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簡單而為大家所熟知的事實：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(tǒng)所取代（目前視頻測量系統(tǒng)通常安放在計量室，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)，同時內(nèi)置的視頻卡可支持視頻攝像機(jī)的實時圖像。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，對工件的邊緣點進(jìn)行自動檢測和定標(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。事實上，基于工件的CAD文件來編制測頭的測量路徑是可以實現(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。

為了實現(xiàn)視覺測量系統(tǒng)的編程能力與CAD功能的集成化，海克斯康測量集團(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，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。該軟件的另一個特點是具有“AutoShutter（自動快門）”功能，它就像一個自動向?qū)В梢詭椭謩訙y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、可自動更新的移動方向、自動獲取目標(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。