快速而精確的激光測(cè)量技術(shù)

1、快速而精確的激光測(cè)量技術(shù)靈活而緊湊的基于激光的測(cè)量系統(tǒng)，可以高速測(cè)量表面和檢查關(guān)鍵尺寸。談到計(jì)量和檢測(cè)，很少有設(shè)備具有現(xiàn)代激光測(cè)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(cè)量許多點(diǎn)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(cè)量系統(tǒng)可以達(dá)到的各種獨(dú)特性能。由該公司設(shè)計(jì)的激光測(cè)量系統(tǒng)，是以一個(gè)精密干涉儀的5維或6維傳感器為基礎(chǔ)，用于測(cè)量CNC機(jī)床和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的定位精度。干涉儀發(fā)送的激光光束進(jìn)入傳感器，然后分為三個(gè)分光束。第一個(gè)分光束將返回光源，以進(jìn)行線性位移測(cè)量；第二個(gè)分光束進(jìn)入雙向傳感器，以測(cè)量水平

2、和垂直方向的不直度誤差；第三個(gè)分光束通過一個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)，測(cè)量偏轉(zhuǎn)和仰俯。由一個(gè)集成的微分激光系統(tǒng)來測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差。 用戶可以在機(jī)床的一個(gè)坐標(biāo)軸(如X軸)上安裝6維激光器，可同時(shí)測(cè)量所有的6個(gè)坐標(biāo)軸的誤差。 如果在普通機(jī)床上測(cè)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(gè)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(dòng)對(duì)Y軸進(jìn)行測(cè)量。利用從X和Y軸上取得的不直度數(shù)據(jù)，測(cè)量器上的專利軟件可以確定每個(gè)坐標(biāo)軸在測(cè)試平面中的走向并計(jì)算其垂直度。 三軸機(jī)床上的每個(gè)軸都有6個(gè)可能的位置誤差：軸移動(dòng)定位誤差；在垂直于移動(dòng)軸的軸方向上的直線度誤差

3、和三個(gè)角度誤差(轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、偏轉(zhuǎn))。此外，還有機(jī)床三個(gè)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(cè)量操作，系統(tǒng)可以確定機(jī)床上17個(gè)軸誤差和兩個(gè)正方度誤差。API現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器不能測(cè)量垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在5次安裝和操作中，系統(tǒng)可以確定21個(gè)可能誤差中的20個(gè)。 在更一般的場(chǎng)合，由Mitutoyo(MIT)Corp.出品的激光千分尺在連續(xù)過程中證實(shí)了激光的測(cè)量方法的速度和精度。這些系統(tǒng)將激光光束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的反射鏡。當(dāng)反射鏡自轉(zhuǎn)時(shí)，激光束射向一個(gè)光電單元。該單元的輸出量隨達(dá)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(duì)于直徑為151mm的工件，其精度約為±0.0030mm，重復(fù)精度約為±0.00013mm。 在線測(cè)量時(shí)，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?jī)A斜都將引起錯(cuò)誤的讀數(shù)。任何粘在零件上的東西均可能影響測(cè)量結(jié)果。 低成本激光測(cè)量對(duì)行業(yè)中的每個(gè)人仍然是目標(biāo)。而Optodyne Inc.相信它的新MCV-500激光校準(zhǔn)系統(tǒng)就是向這一方向邁出的一步。其價(jià)格低于10000美元。它可以對(duì)CNC機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、滾珠絲杠和DRO進(jìn)行內(nèi)部線性校正。系統(tǒng)包括兩個(gè)可對(duì)準(zhǔn)的元件，即激光頭部件和一個(gè)12.7mm的反光鏡。以多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，MCV-500帶有一個(gè)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(jī)床上，無須在地面安裝三腳架。 提供收集4m/s的運(yùn)行速度，系統(tǒng)使用支持Windows軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。尺寸為51mm×51mm×216mm的激光頭，特點(diǎn)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(yàn)直線位置精度；測(cè)量伺服失配；測(cè)量切線速度；測(cè)量反向誤差；生成用于補(bǔ)償文件的數(shù)據(jù)；測(cè)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(jìn)行測(cè)量。利用該激光桿，該主軸運(yùn)動(dòng)的X軸坐標(biāo)甚至可測(cè)量與其一般大的Y向運(yùn)動(dòng)，結(jié)合X和Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以生成主軸的被測(cè)量的圓軌跡曲線圖。 除了這些設(shè)備外，Optodyne將提供測(cè)量三軸機(jī)床上所有21個(gè)可能位置誤差的系統(tǒng)。這種技術(shù)為Vector Measue-ment(矢量測(cè)量)。通過四次安裝，可在24h的時(shí)間內(nèi)測(cè)出所有21個(gè)誤差。 在測(cè)量機(jī)床誤差時(shí)，常規(guī)方法是采用激光干涉儀射擊機(jī)床，并獲得位置精度。然后用一個(gè)球桿來檢查動(dòng)態(tài)性。現(xiàn)在有一臺(tái)可以檢查所有尺寸的激光器。它可以測(cè)量所有21項(xiàng)幾何誤差。在此之后，可以用同一個(gè)激光器進(jìn)行球桿測(cè)量。一臺(tái)儀器就可以完成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度測(cè)量。 由Op

7、tical Dimensions Inc.出品的激光表面測(cè)量系統(tǒng)為特殊的檢測(cè)問題提供了高技術(shù)、高速度解決方法。這種系統(tǒng)名為L(zhǎng)asercheck系統(tǒng)，以10Hz工作的激光在加工過程中進(jìn)行自動(dòng)表面粗糙度測(cè)量。它完整地說明了光亮表面的范圍為Ra0.00250.0013m，精度達(dá)±0.1%。自動(dòng)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(cè)量?jī)x器設(shè)備可測(cè)量一個(gè)表面的鏡面反射和漫反射。當(dāng)表面粗糙度改變時(shí)，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(jì)算表面粗糙度。當(dāng)前獨(dú)立的Lasercheck系統(tǒng)的安裝價(jià)格約25000美元，包括一個(gè)

8、激光器(調(diào)整關(guān)鍵的照明角度)和將近40個(gè)檢測(cè)來自表面的鏡面反射和漫反射光的傳感器。 Lasercheck測(cè)量的表面可以是靜止的或運(yùn)動(dòng)的。由三個(gè)主要的軟件設(shè)置模式來操縱測(cè)量?jī)x器。零件檢測(cè)方式表示系統(tǒng)測(cè)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(cè)表示一個(gè)大型連續(xù)的表面測(cè)量操作。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)用于由操作員手動(dòng)上料的零件。用戶選擇相應(yīng)的軟件模式和測(cè)量?jī)x器的本身調(diào)整。 用Lasercheck測(cè)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(cè)量?jī)x器的應(yīng)用。 Lasercheck測(cè)量?jī)x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(shí)砂輪中的變化，并反

9、映磨削過程中砂輪修整的影響。可超時(shí)監(jiān)控和記錄過程中的趨勢(shì)。 激光三角測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(dòng)臂上。由一個(gè)3維半敞開平臺(tái)將Cobra定位在目標(biāo)物上方，而測(cè)量臺(tái)提供X軸運(yùn)動(dòng)。 另一個(gè)產(chǎn)品，即Vantage檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)152mm×152mm的面積進(jìn)行3維掃描。它可以產(chǎn)生一個(gè)地形高度圖，分辨

10、力精確至0.125m。測(cè)量范圍為8000m。其自動(dòng)的X-Y工作臺(tái)，由系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制。該公司制作的3個(gè)或4個(gè)傳感器可以與Vantage或Cobra3維系統(tǒng)一起使用。 Renishaw Inc.是接觸式測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)秀制造廠，它生產(chǎn)用于手動(dòng)或直接數(shù)控的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的激光檢測(cè)系統(tǒng)。由Wolf&Beck制造的OTP64M光學(xué)觸發(fā)式測(cè)頭系統(tǒng)，允許坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的用戶可以在其機(jī)床上添加非接觸式檢測(cè)功能。 該系統(tǒng)在Wolf & Beck測(cè)頭上添加了Renishaw自動(dòng)接合器，它還有一個(gè)OTI6接口。采用同軸光學(xué)三角測(cè)量，該測(cè)頭系統(tǒng)包括一個(gè)Class2激光器并在激光光斑到達(dá)共焦點(diǎn)位置時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信

11、號(hào)。由于OTP6M模擬標(biāo)準(zhǔn)接觸式觸發(fā)測(cè)頭的輸出信號(hào)，不需專用軟件就可使用該激光測(cè)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(dá))。他們的Holo-Vision集團(tuán)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(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ)的知識(shí)。 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(shí)用激光照射整個(gè)零件。Holo-Vision所用的攝象機(jī)具備一個(gè)1000×1000像系CCD陣列，因此系統(tǒng)可能在一個(gè)零件上收集1百萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用專用軟件，用戶可以計(jì)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