非接觸式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x

光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)與儀器光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器綜述光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、自動(dòng)控制和軟件多種專(zhuān)業(yè)，其技術(shù)內(nèi)涵寬廣，產(chǎn)品種類(lèi)繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是制造工業(yè)的支撐基礎(chǔ)之一。光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器具有快速、精確及非接觸無(wú)損傷地測(cè)量多種物理量的特點(diǎn)，近年獲得了極大的發(fā)展和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。今天以舜宇儀器新加坡公司（SIS）研發(fā)生產(chǎn)的三維全自動(dòng)影像測(cè)量機(jī)和激光多普勒測(cè)振儀為例，介紹一下現(xiàn)代光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)與儀器的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用案例和發(fā)展趨勢(shì)。舜宇儀器新加坡公司簡(jiǎn)介舜宇儀器新加坡公司（SIS）為一在新加坡注冊(cè)的，舜宇控股的，有獨(dú)立法人地位的有限責(zé)任公司。在三維光學(xué)測(cè)量與檢測(cè)領(lǐng)域，特別是在亞毫米、微米及納米三維坐標(biāo)測(cè)量領(lǐng)域，從事技術(shù)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售與服務(wù)。蘇州舜新儀器有限公司是SIS的獨(dú)資子公司尺寸、形位測(cè)量?jī)x器光學(xué)投影儀測(cè)量顯微鏡影像測(cè)量機(jī)振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x器激光多普勒測(cè)振儀激光多普勒測(cè)振儀三角法和共焦微位移計(jì)激光測(cè)長(zhǎng)尺激光三角法微位移計(jì)MV-322三維全自動(dòng)影像測(cè)量機(jī)?產(chǎn)品分類(lèi)

根據(jù)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)模式分類(lèi)手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x自動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x根據(jù)傳感器模式分類(lèi)接觸式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x非接觸式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x混合式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x視頻+探針視頻+激光視頻+光纖根據(jù)取點(diǎn)模式分類(lèi)手動(dòng)取點(diǎn)自動(dòng)取點(diǎn)根據(jù)聚焦模式分類(lèi)手動(dòng)聚焦自動(dòng)聚焦固定橋式結(jié)構(gòu)

橋式固定橋式懸臂式水平臂式臺(tái)式立式固定橋式特點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性高最大限度地減少了阿貝誤差的影響測(cè)量空間大而占地空間小，安全性高、測(cè)量精度受被測(cè)工件重量和擺放位置影響小采用了鑄鋁結(jié)構(gòu)，大大減少了機(jī)器的重量。測(cè)量軟件自動(dòng)邊緣檢測(cè)19種幾何測(cè)量功能自動(dòng)批量測(cè)量自動(dòng)聚焦自動(dòng)光源控制CAD疊加（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）多傳感器融合的測(cè)量軟件設(shè)計(jì)。從體系結(jié)構(gòu)上充分考慮了現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量?jī)x器多傳感器融合的特點(diǎn)，做到了從最底層對(duì)各種傳感器的兼容。其兼容了接觸式測(cè)頭的混合式測(cè)量機(jī)，做到了影像測(cè)量和接觸測(cè)量功能的高度統(tǒng)一。事實(shí)上，除了取點(diǎn)方式不同，其它計(jì)算功能是完全通用的。CAD疊加（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和現(xiàn)實(shí)影像，通過(guò)導(dǎo)入被測(cè)工件的CAD設(shè)計(jì)圖并與實(shí)際被測(cè)工件配準(zhǔn)，可以把CAD設(shè)計(jì)圖精確疊加在被測(cè)工件的實(shí)際影像上，使得測(cè)量人員可以通過(guò)觀察二者的匹配情況快速發(fā)現(xiàn)誤差或異常情況。影像測(cè)量機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域SurfaceAreaLINEWIDTHHeight測(cè)量和檢測(cè)太陽(yáng)能面板的長(zhǎng)度、寬度和高度，表面裂紋是近年來(lái)的新興需求。太陽(yáng)能面板將吸收到的光能轉(zhuǎn)化為熱能，吸收面積的大小直接影響了熱能的大小。MeasurE軟件增加了面積測(cè)量功能，可以精確的測(cè)量太陽(yáng)能面板受光面積，便于計(jì)算能量轉(zhuǎn)換效率。應(yīng)用舉例：太陽(yáng)能面板應(yīng)用舉例：塑膠模具SIZEHAIRLINECRACK塑膠材質(zhì)柔軟，一旦接觸很有可能改變其形狀，三維影像測(cè)量機(jī)進(jìn)行非接觸測(cè)量即可避免這類(lèi)問(wèn)題。Z-heightData1.58391.58491.58441.58651.58391.58351.58701.58441.58491.5844StandardDeviation0.001132Max1.5870Min1.5835Range0.0035Average1.58473.5umSample:HarddiskcoverStepheightapprox1.6mm應(yīng)用舉例：臺(tái)階高度測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)：在線測(cè)量隨著人工成本的上升，生產(chǎn)的自動(dòng)化，也包括檢測(cè)的自動(dòng)化，成為必然。生產(chǎn)自動(dòng)化正越來(lái)越多的依賴(lài)由高精度加工系統(tǒng)和高精度測(cè)量?jī)x器組合的集成加工系統(tǒng)來(lái)完成影像測(cè)量機(jī)融合到生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程中，向在線測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展成為必然的趨勢(shì)。測(cè)量與檢測(cè)相融合PARTCAD目前在線所用的光學(xué)系統(tǒng)，是以統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)為主流。這類(lèi)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)一般是非通用的，以檢查缺陷為主，幾何量測(cè)量為輔。影像測(cè)量機(jī)若要發(fā)展為在線測(cè)量系統(tǒng)，也必然需要融入一些檢查功能。

MEMSsystemSurfaceroughnessofsolarcellormicrochipOpticalLensesonCNCsystemxy多傳感器綜合測(cè)量融合包括距離測(cè)量和面型測(cè)量的多種傳感器，發(fā)展成為多傳感器綜合測(cè)量系統(tǒng)是另一個(gè)發(fā)展方向。

LV-S01激光多普勒測(cè)振儀SIS研發(fā)生產(chǎn)的NanoVision激光多普勒測(cè)振儀，采用了外差式激光干涉原理，可以對(duì)各種物體的振動(dòng)、速度及位移等進(jìn)行非接觸測(cè)量。其LV-S01型激光多普勒測(cè)振儀，如圖二所示，具有測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堅(jiān)固緊湊、易于使用等特點(diǎn)。測(cè)量原理激光多普勒測(cè)振儀是基于光學(xué)干涉原理，也就是光強(qiáng)分別是I1和I2的兩個(gè)相干光束相互重疊。其總光強(qiáng)不是簡(jiǎn)單的單獨(dú)光強(qiáng)的相加而是根據(jù)以下稱(chēng)之為干涉條件的公式得出的Itot=I1+I2+2√(I1I2)cos[2π(r1–r2)/λ]由于多普勒頻移f=2v/λ,即f與速度(v)成正比變化。傳感器獲得的信號(hào)再經(jīng)過(guò)頻率電壓轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)U,由于該轉(zhuǎn)化為線性，即：

U=k(F+f)+L=k*f+L'其中L,L‘為常數(shù)，電壓通過(guò)高通濾波去處直流分量得：U=k*f=2kv/λ，則v=k'*U，電壓與振動(dòng)速度成正比。采用先進(jìn)的外差干涉技術(shù)通過(guò)非接觸式測(cè)量，對(duì)各種物體的振動(dòng)、速度及位移等進(jìn)行測(cè)量高空間分辨率精巧的內(nèi)部設(shè)計(jì)，堅(jiān)實(shí)的外部防撞設(shè)計(jì)，以及多種可以適用不同工業(yè)領(lǐng)域的要求的光傳感器可以通過(guò)CCD鏡頭實(shí)時(shí)的觀察檢測(cè)范圍多種配套振動(dòng)分析軟件完整測(cè)量解決方案技術(shù)特點(diǎn)22性能參數(shù)Soft

DSA振動(dòng)測(cè)量分析軟件

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、分析與觸發(fā)控制先進(jìn)時(shí)域與頻域波形分析多種信號(hào)濾波和峰值鎖定功能輸出轉(zhuǎn)換為各種對(duì)應(yīng)的物理量簡(jiǎn)便易用，各種主要信息均顯示在同一頁(yè)面上Waterfall振動(dòng)測(cè)量分析軟件Runout振動(dòng)測(cè)量分析軟件Bode-Plot振動(dòng)測(cè)量分析軟件激光測(cè)振儀應(yīng)用領(lǐng)域客戶需求：測(cè)試硬盤(pán)讀寫(xiě)頭的振動(dòng)頻響曲線，以分析諧振點(diǎn)解決方法：軸承連接器影響音圈電機(jī)的頻響特性，正常和非正常連接器會(huì)引起不同諧振頻率。SIS為客戶提供了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、LDV和測(cè)量軟件。將激光對(duì)準(zhǔn)硬盤(pán)讀寫(xiě)頭的側(cè)壁，LDV即可記錄振動(dòng)特性，描繪出波特圖，即可分辨軸承連接器設(shè)計(jì)的好壞。應(yīng)用舉例：硬盤(pán)讀寫(xiě)頭振動(dòng)衰減的過(guò)程振動(dòng)細(xì)節(jié)分析LDV常用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，如壓電陶瓷、喇叭、玻璃等等。如圖，玻璃敲擊后會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，不同的材質(zhì)、尺寸和勞損會(huì)影響振動(dòng)特性，而這些因素都會(huì)影響玻璃質(zhì)量。通過(guò)測(cè)量玻璃的振動(dòng)特性就可以達(dá)到質(zhì)量檢測(cè)的目的。應(yīng)用舉例：質(zhì)量控制激光直接射入水面，以檢測(cè)水面的振動(dòng)，水杯底部的黑色物件用于吸收激光，以消除杯底反射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響應(yīng)用舉例：水面振動(dòng)分析400Hz激勵(lì)下水面的振動(dòng)分析在一些特定的應(yīng)用中，如超聲設(shè)備、PZT、MEMS等，需要測(cè)試較高的頻率，LDV很好的滿足的客戶的要求應(yīng)用舉例：超聲振動(dòng)測(cè)量圖為L(zhǎng)DV監(jiān)測(cè)機(jī)械工作臺(tái)振動(dòng),當(dāng)各器件工作在正常狀態(tài)時(shí)基臺(tái)處于特定的平穩(wěn)振動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)器件發(fā)生磨損、松動(dòng)等狀況時(shí)，都會(huì)造成機(jī)械部分工作在非平衡狀態(tài)從而產(chǎn)生特殊的振動(dòng)，通過(guò)分析LDV的振動(dòng)數(shù)據(jù)可以分辨非正常狀態(tài)，達(dá)到系統(tǒng)檢測(cè)作用應(yīng)用舉例：系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)展趨勢(shì)更廉宜的價(jià)格、更小的體積

目前制約激光多普勒測(cè)振儀代替加速度傳感器，獲得更廣泛應(yīng)用的主要因素是價(jià)格和體積。隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的發(fā)展，使用半導(dǎo)體激光做為光源成為可能，結(jié)合幾何光學(xué)系統(tǒng)的更加緊湊和小型化，小型低價(jià)的激光多普勒測(cè)振儀有望成為現(xiàn)實(shí)。

更高的面內(nèi)分辨率

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)要求微米量級(jí)或更高的面內(nèi)分辨率，需要顯微激光多普勒測(cè)振儀來(lái)達(dá)到縮小激光光點(diǎn)從而滿足微觀振動(dòng)測(cè)量的要求

更遠(yuǎn)的測(cè)量距離

橋梁、水壩和樓房的振動(dòng)測(cè)量結(jié)果是質(zhì)量驗(yàn)收的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，是激光多普勒測(cè)