非接觸式坐標(biāo)測量儀

光學(xué)精密測量技術(shù)與儀器光學(xué)精密測量儀器綜述光學(xué)精密測量儀器綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、自動(dòng)控制和軟件多種專業(yè)，其技術(shù)內(nèi)涵寬廣，產(chǎn)品種類繁多，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)精密測量儀器具有快速、精確及非接觸無損傷地測量多種物理量的特點(diǎn)，近年獲得了極大的發(fā)展和越來越廣泛的應(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)影像測量機(jī)和激光多普勒測振儀為例，介紹一下現(xiàn)代光學(xué)精密測量技術(shù)與儀器的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用案例和發(fā)展趨勢。舜宇儀器新加坡公司簡介舜宇儀器新加坡公司（SIS）為一在新加坡注冊的，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)測量與檢測領(lǐng)域，特別是在亞毫米、微米及納米三維坐標(biāo)測量領(lǐng)域，從事技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)。蘇州舜新儀器有限公司是SIS的獨(dú)資子公司尺寸、形位測量儀器光學(xué)投影儀測量顯微鏡影像測量機(jī)振動(dòng)、位移測量儀器激光多普勒測振儀激光多普勒測振儀三角法和共焦微位移計(jì)激光測長尺激光三角法微位移計(jì)MV-322三維全自動(dòng)影像測量機(jī)?產(chǎn)品分類

根據(jù)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)模式分類手動(dòng)坐標(biāo)測量儀自動(dòng)坐標(biāo)測量儀根據(jù)傳感器模式分類接觸式坐標(biāo)測量儀非接觸式坐標(biāo)測量儀混合式坐標(biāo)測量儀視頻+探針視頻+激光視頻+光纖根據(jù)取點(diǎn)模式分類手動(dòng)取點(diǎn)自動(dòng)取點(diǎn)根據(jù)聚焦模式分類手動(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量空間大而占地空間小，安全性高、測量精度受被測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。測量軟件自動(dòng)邊緣檢測19種幾何測量功能自動(dòng)批量測量自動(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)測量儀器多傳感器融合的特點(diǎn)，做到了從最底層對各種傳感器的兼容。其兼容了接觸式測頭的混合式測量機(jī)，做到了影像測量和接觸測量功能的高度統(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，通過導(dǎo)入被測工件的CAD設(shè)計(jì)圖并與實(shí)際被測工件配準(zhǔn)，可以把CAD設(shè)計(jì)圖精確疊加在被測工件的實(shí)際影像上，使得測量人員可以通過觀察二者的匹配情況快速發(fā)現(xiàn)誤差或異常情況。影像測量機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域SurfaceAreaLINEWIDTHHeight測量和檢測太陽能面板的長度、寬度和高度，表面裂紋是近年來的新興需求。太陽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軟件增加了面積測量功能，可以精確的測量太陽能面板受光面積，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，三維影像測量機(jī)進(jìn)行非接觸測量即可避免這類問題。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)階高度測量發(fā)展趨勢：在線測量隨著人工成本的上升，生產(chǎn)的自動(dòng)化，也包括檢測的自動(dòng)化，成為必然。生產(chǎn)自動(dòng)化正越來越多的依賴由高精度加工系統(tǒng)和高精度測量儀器組合的集成加工系統(tǒng)來完成影像測量機(jī)融合到生產(chǎn)自動(dòng)化過程中，向在線測量系統(tǒng)發(fā)展成為必然的趨勢。測量與檢測相融合PARTCAD目前在線所用的光學(xué)系統(tǒng)，是以統(tǒng)稱為機(jī)器視覺的檢測技術(shù)為主流。這類光學(xué)檢測系統(tǒng)一般是非通用的，以檢查缺陷為主，幾何量測量為輔。影像測量機(jī)若要發(fā)展為在線測量系統(tǒng)，也必然需要融入一些檢查功能。

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

LV-S01激光多普勒測振儀SIS研發(fā)生產(chǎn)的NanoVision激光多普勒測振儀，采用了外差式激光干涉原理，可以對各種物體的振動(dòng)、速度及位移等進(jìn)行非接觸測量。其LV-S01型激光多普勒測振儀，如圖二所示，具有測量精度高，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)。測量原理激光多普勒測振儀是基于光學(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)不是簡單的單獨(dú)光強(qiáng)的相加而是根據(jù)以下稱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。傳感器獲得的信號再經(jīng)過頻率電壓轉(zhuǎn)化為電壓信號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)通過非接觸式測量，對各種物體的振動(dòng)、速度及位移等進(jìn)行測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CCD鏡頭實(shí)時(shí)的觀察檢測范圍多種配套振動(dòng)分析軟件完整測量解決方案技術(shù)特點(diǎn)22性能參數(shù)Soft

DSA振動(dòng)測量分析軟件

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濾波和峰值鎖定功能輸出轉(zhuǎn)換為各種對應(yīng)的物理量簡便易用，各種主要信息均顯示在同一頁面上Waterfall振動(dòng)測量分析軟件Runout振動(dòng)測量分析軟件Bode-Plot振動(dòng)測量分析軟件激光測振儀應(yīng)用領(lǐng)域客戶需求：測試硬盤讀寫頭的振動(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和測量軟件。將激光對準(zhǔn)硬盤讀寫頭的側(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：硬盤讀寫頭振動(dòng)衰減的過程振動(dòng)細(xì)節(jié)分析LDV常用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測，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。通過測量玻璃的振動(dòng)特性就可以達(dá)到質(zhì)量檢測的目的。應(yīng)用舉例：質(zhì)量控制激光直接射入水面，以檢測水面的振動(dòng)，水杯底部的黑色物件用于吸收激光，以消除杯底反射對測量結(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)測量圖為LDV監(jiān)測機(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)檢測作用應(yīng)用舉例：系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)展趨勢更廉宜的價(jià)格、更小的體積

目前制約激光多普勒測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)要求微米量級或更高的面內(nèi)分辨率，需要顯微激光多普勒測振儀來達(dá)到縮小激光光點(diǎn)從而滿足微觀振動(dòng)測量的要求

更遠(yuǎn)的測量距離

橋梁、水壩和樓房的振動(dòng)測量結(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