快速而精確的激光測量技術(shù)

1、快速而精確的激光測量技術(shù)靈活而緊湊的基于激光的測量系統(tǒng)，可以高速測量表面和檢查關(guān)鍵尺寸。談到計量和檢測，很少有設(shè)備具有現(xiàn)代激光測量系統(tǒng)那樣的萬能性?？焖佟⒎墙佑|式的激光技術(shù)可以在零件上測量許多點而不產(chǎn)生變形或留下痕跡。 Automated Precision Inc. (API)出品的5維或6維激光系統(tǒng)，顯示出現(xiàn)代激光測量系統(tǒng)可以達到的各種獨特性能。由該公司設(shè)計的激光測量系統(tǒng)，是以一個精密干涉儀的5維或6維傳感器為基礎(chǔ)，用于測量CNC機床和坐標測量機的定位精度。干涉儀發(fā)送的激光光束進入傳感器，然后分為三個分光束。第一個分光束將返回光源，以進行線性位移測量；第二個分光束進入雙向傳感器，以測量水平

2、和垂直方向的不直度誤差；第三個分光束通過一個光學結(jié)構(gòu)，測量偏轉(zhuǎn)和仰俯。由一個集成的微分激光系統(tǒng)來測量轉(zhuǎn)動角偏差。 用戶可以在機床的一個坐標軸(如X軸)上安裝6維激光器，可同時測量所有的6個坐標軸的誤差。 如果在普通機床上測量，則Y軸應(yīng)該與X軸成90°。將激光器定位好，如定位在X軸上，插入一個五棱鏡，讓光束折彎至Y軸上，折彎度正好為90度。激光器保持靜止，只有6維傳感器移動對Y軸進行測量。利用從X和Y軸上取得的不直度數(shù)據(jù)，測量器上的專利軟件可以確定每個坐標軸在測試平面中的走向并計算其垂直度。 三軸機床上的每個軸都有6個可能的位置誤差：軸移動定位誤差；在垂直于移動軸的軸方向上的直線度誤差

3、和三個角度誤差(轉(zhuǎn)動、俯仰、偏轉(zhuǎn))。此外，還有機床三個相互垂直的平面生成的正方度誤差。 通過3次安裝和3次測量操作，系統(tǒng)可以確定機床上17個軸誤差和兩個正方度誤差。API現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動傳感器不能測量垂直軸的轉(zhuǎn)動。在5次安裝和操作中，系統(tǒng)可以確定21個可能誤差中的20個。 在更一般的場合，由Mitutoyo(MIT)Corp.出品的激光千分尺在連續(xù)過程中證實了激光的測量方法的速度和精度。這些系統(tǒng)將激光光束對準一個旋轉(zhuǎn)的反射鏡。當反射鏡自轉(zhuǎn)時，激光束射向一個光電單元。該單元的輸出量隨達到其上的光束量大小成正比地發(fā)生變化，使系統(tǒng)可以確定位于單元和激光之間的工件的直徑。常用的MTI激光千分尺如Series

4、544，對于直徑為151mm的工件，其精度約為±0.0030mm，重復精度約為±0.00013mm。 在線測量時，用戶仍然要注意零件的清潔度和粗糙度。零件的找正很關(guān)鍵，任何微量傾斜都將引起錯誤的讀數(shù)。任何粘在零件上的東西均可能影響測量結(jié)果。 低成本激光測量對行業(yè)中的每個人仍然是目標。而Optodyne Inc.相信它的新MCV-500激光校準系統(tǒng)就是向這一方向邁出的一步。其價格低于10000美元。它可以對CNC機床、坐標測量機、滾珠絲杠和DRO進行內(nèi)部線性校正。系統(tǒng)包括兩個可對準的元件，即激光頭部件和一個12.7mm的反光鏡。以多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，MCV-500帶有一個用于發(fā)

5、射和接收的單孔的激光頭。激光頭和反光鏡均安裝在機床上，無須在地面安裝三腳架。 提供收集4m/s的運行速度，系統(tǒng)使用支持Windows軟件來進行數(shù)據(jù)采集和分析。尺寸為51mm×51mm×216mm的激光頭，特點是優(yōu)于0.1ppm的穩(wěn)定性檢查，精度為1.0ppm(百萬分之一)，分辨力為0.03m。 在一次安裝中，Optodyne公司出品的激光球桿技術(shù)，允許用戶完成一系列功能：校驗直線位置精度；測量伺服失配；測量切線速度；測量反向誤差；生成用于補償文件的數(shù)據(jù)；測量切線速度；產(chǎn)生伺服控制器調(diào)諧用數(shù)據(jù)允許從2.54mm至76mm連續(xù)變化半徑。該系統(tǒng)的分辨力為0.0000254mm，可

6、以以4m/s的速度進行測量。利用該激光桿，該主軸運動的X軸坐標甚至可測量與其一般大的Y向運動，結(jié)合X和Y軸坐標數(shù)據(jù)，可以生成主軸的被測量的圓軌跡曲線圖。 除了這些設(shè)備外，Optodyne將提供測量三軸機床上所有21個可能位置誤差的系統(tǒng)。這種技術(shù)為Vector Measue-ment(矢量測量)。通過四次安裝，可在24h的時間內(nèi)測出所有21個誤差。 在測量機床誤差時，常規(guī)方法是采用激光干涉儀射擊機床，并獲得位置精度。然后用一個球桿來檢查動態(tài)性?，F(xiàn)在有一臺可以檢查所有尺寸的激光器。它可以測量所有21項幾何誤差。在此之后，可以用同一個激光器進行球桿測量。一臺儀器就可以完成靜態(tài)和動態(tài)精度測量。 由Op

7、tical Dimensions Inc.出品的激光表面測量系統(tǒng)為特殊的檢測問題提供了高技術(shù)、高速度解決方法。這種系統(tǒng)名為Lasercheck系統(tǒng)，以10Hz工作的激光在加工過程中進行自動表面粗糙度測量。它完整地說明了光亮表面的范圍為Ra0.00250.0013m，精度達±0.1%。自動地節(jié)約了直接輸入到SPC的ASCII格式數(shù)據(jù)，并在制造和QC中使用電子數(shù)據(jù)表軟件。 該測量儀器設(shè)備可測量一個表面的鏡面反射和漫反射。當表面粗糙度改變時，來自表面的分布變化完全可以確定?？梢愿鶕?jù)鏡面反射和漫反射的分布來計算表面粗糙度。當前獨立的Lasercheck系統(tǒng)的安裝價格約25000美元，包括一個

8、激光器(調(diào)整關(guān)鍵的照明角度)和將近40個檢測來自表面的鏡面反射和漫反射光的傳感器。 Lasercheck測量的表面可以是靜止的或運動的。由三個主要的軟件設(shè)置模式來操縱測量儀器。零件檢測方式表示系統(tǒng)測量由上料系統(tǒng)依次提供的離散的零件。滾子或輸送帶檢測表示一個大型連續(xù)的表面測量操作。實驗室檢測用于由操作員手動上料的零件。用戶選擇相應(yīng)的軟件模式和測量儀器的本身調(diào)整。 用Lasercheck測量表面，則表面必須干凈。Optical Dimensins開發(fā)了清潔方法設(shè)備來配合測量儀器的應(yīng)用。 Lasercheck測量儀所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以表明如像磨削工序中所出現(xiàn)的變化。此數(shù)據(jù)反映砂輪加載時砂輪中的變化，并反

9、映磨削過程中砂輪修整的影響?？沙瑫r監(jiān)控和記錄過程中的趨勢。 激光三角測量法仍然是CyberOptics Corp.制造儀器的基本原理。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0.125m。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

10、力精確至0.125m。測量范圍為8000m。其自動的X-Y工作臺，由系統(tǒng)的計算機控制。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。 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。 該系統(tǒng)在Wolf & Beck測頭上添加了Renishaw自動接合器，它還有一個OTI6接口。采用同軸光學三角測量，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

11、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。 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(chǔ)的知識。 該新系統(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。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