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        光学测量光学测头的应用趋势

        2021-10-28 09:25:53

        传统三坐标测量机装备Z多的是接触式测头,用接触式测头测量物体时,测针以必定速度接触物体外表,然后使测针的方位发生违背,发生的电信号接触测头记载一个物体外表测点的空间坐标。由此带来的第1个问题便是测量速度较慢。其原因在于,首要接触式测头的采点方法是非连续的,测头在一次采点完成后需退回一段距离,让测针归位后才干进行第2次采点。并且采点时接触物体外表的速度不能太快,若测针接触物体速度过快使得测针的方位违背过大,则信号会被认为是发生了磕碰而采点失利。出于这个原因能够用扫描式测头代替接触式测头,扫描式测头选用的是连续采点方法,因而采点速度得到较大提升。约束测量速度的第二个原因在于,假如被测物体具有比较复杂的几许形状,那么测针需求变换若干次指向才干完成整个测量,并且测针的每个指向需进行标定。假如要战胜这一不足,然后进一步提高测量速度的话,需求给三坐标测量机装备高端的多轴旋转扫描测头,该项新技术能够以连续方法高速扫描物体进行采点。


        接触式测量所用的测针尖端一般为红宝石球,测头采点所得的空间坐标为红宝石球的球心方位。而测针与物体外表的实践接触方位并非球心,所以物点的坐标有必要根据红宝石球的半径进行补偿。由此带来了接触式测量的第二个问题,即红宝石球的半径补偿方向过错。当被测几许特征较小(直径 《 1mm)且采点密度较大时,采得点的顺序会发生混乱,然后使球半径补偿方向发生过错,形成获得的几许特征与实践不符。


        此外,因为物体外表存在必定不平度,一起红宝石球的直径要远大于外表不平度,导致测针无法测得物体外表的微小洼陷。


        接触式测量的第三个问题在于被测物体的外表特性。假如被测物体外表比较柔软,或精密易损,则不合适运用接触式测头。当测针接触物体外表后,轻则使之发生形变,发生较大误差;重则损坏物体外表。


        出于以上原因,光学测量与之比较就有着本质上的优势。光学测量作为一种非接触式测量方法,不运用接触式测针进行采点,而是使用了光的某方面特性来进行测量。这样就彻底规避了红宝石球的补偿带来的潜在问题,也使被测物体外表不再受到测针接触带来的影响。至于测量速度则取决于光学测头的品种。但无论哪种测头,其采点方法都是连续的。并且在采点过程中,光学测头差异于接触式测头,接触式测头会因为接触物体外表时速度过快而被认为发生了磕碰,因为光学测头彻底不会遇到这个问题,因而进一步提高了采点速度。


        光学测头


        光学测头的分类方法有很多,品种更是繁复。从测量原理上一般能够分为共轴测量和三角测量;从光源特点上能够分为自动光源和被迫光源;从光源维度上能够分为点光源、线光源和面光源;从光源色谱上又能够单色光源和白光源。共轴测量中常见的方法有两种。其一是干与法,它使用了光的波长特性,将一束光经过平面分光镜(半透半反)分红两束。一束由镜面反射至参阅平面,另一束则透射至被测物体外表。两束光经叠加后发生干与条纹,干与条纹的方式取决于物体的距离与物体外表的几许特征。另一种是共焦法,从一个点光源发射的探测光经过透镜聚集到被测物体上,假如物体恰在焦点上,那么反射光经过原透镜应当会聚回到光源,这便是所谓的共焦。在反射光的光路上加上了一块半反半透镜,将反射光折向带有小孔的挡板,小孔方位适当于光源。光度计测量小孔处的反射光强度,强度zui大时物体即位于透镜焦点平面,这样即可测得物点的方位。三角测量则是使用了光源、像点和物点之间的三角联系来求得物点的距离。


        光源向物体发射一个光点,光点抵达物体后经过反射在传感器上得到一个像点;光源、物点和像点构成了必定的三角联系,其间光源和传感器上的像点的方位是已知的,由此能够计算得出物点的方位所在。有的测头以线光源来替代点光源,将一条由若干光点组成的光条纹投射到物体外表,传感器上接收到的则是二维畸变光线图画,光线的畸变形状取决于每个物点的方位,这样的线光源测头能够大幅提高采点的速度。


        将一条由若干光点组成的光条纹投射到物体外表


        更有测头用光栅将一束光分散并编码,构成必定形式的结构光光源,这样在传感器上就能够得到一组畸变光线,然后进一步提高采点的速度。


        测头用光栅将一束光分散并编码,构成必定形式的结构光光源


        目前,各种光学测头选用的光源品种主要有激光和白光。激光作为一种准直、相干的单色光,广泛地作为点测头和线测头的光源。而白光则是由各种波长的光组成,因而色彩呈白色,目前较多地作为结构光光源。因为白光的物理特性,白光点测头也逐步应用于测量领域中。激光和白光的zui大差异在于,激光是一种单色光,因而具有高度相干性,有些测头正是使用了激光的相干性来实现其功用;而白光是由各种波长的光组成,所以相干性适当微弱。如前所述,使用单色光的高度相干功能够根据某些原理进行测量,但事物的两面性一起说明,在有些地方相干性也会干扰测量。举例说明,激光测头使用物体外表的反射光进行三角测量时,照射到物体外表的激光会出现颗粒状的结构,这种颗粒状的结构称为“散斑”,而这种现象称为“散斑效应”。散斑效应的发生,是因为激光照射在粗糙外表经反射形成的。大多数物体的外表与激光的波长比较都是粗糙的,因而当光波从物体外表反射时,外表各点都发出一束高度相干的子波,子波叠加的结果就构成了物体外表呈随机分布的散斑。而白光因为由各种波长的光组成,因而相干性被大大削弱,所以在物体外表反射时,很难观察到散斑效应。这样的差异对于三角测量来说影响是十分巨大的。原因在于,三角测量是依托像点在传感器上的方位来确认物点的空间方位的。而像点在传感器上一般不会是简略的一个点,反射光照射到传感器上使得一部分像素感光,计算机能够经过像素分析来确认这一群像素的中心,然后得到像点的方位。因为散斑效应的存在,使得要确认像点的方位变得十分困难,且误差较大。而分布均匀且对称的光点对像点方位的确认十分有利。这便是三角测量当中白光功能要优于激光的根本原因。


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