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1 譯文 激光測徑儀的發(fā)展 Daisuke Knono 測徑儀大至分激光掃描測徑儀 CCD 投影測徑儀 激光衍射測徑儀 其中前 兩者都屬光學(xué)的幾何原理 后者為利用光學(xué)的波動原理 CCD 投影測量徑儀 由于電機速度畢竟有限 而且掃描的平行光帶不太容易 保證 再加上現(xiàn)在平行光管與 CCD 的技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在很多企業(yè)開始采用 CCD 成像法測量直徑 在國內(nèi)以上海歐勒在這方面做得較早 其光源采用波長較長 的紅外光 抗干擾較強 由于少了許多機械件 所以設(shè)備較穩(wěn)定可靠 但 CCD 成像受相素的制約 在精度上不太容易拓展 特別是大直徑的物體測量 但又 不能太細(xì) 太細(xì)會有掃描測徑儀相同的問題 激光衍射測徑儀 利用衍射原理測量細(xì)線的直徑 此技術(shù)與前兩項剛好相 反 只適用于測小直徑的細(xì)絲 而且越細(xì)越好 因為此技術(shù)是利用衍射原理 理論只有當(dāng)波長與被測物相近或大于被測長物時衍射最明顯 據(jù)網(wǎng)上查詢 目 前輝煌在這方面處于領(lǐng)先地位 其產(chǎn)品在測量 5um 到 300um 的細(xì)絲是沒問題的 根據(jù)其廣告宣傳最大可以測量到 500um 其精度由于限于標(biāo)準(zhǔn)樣件和測試環(huán)境 的影響 現(xiàn)在只有 0 2um 左右 但其重復(fù)精度相當(dāng)高 這是細(xì)絲測徑儀的一個 發(fā)展方向 在大直徑測量方面 據(jù)廣告資料顯示 現(xiàn)在市場上明銳做的測徑儀最大已 經(jīng)可以測量 400mm 而真尚有測徑儀通過多傳感器協(xié)同工作也可測直徑高達(dá) 500mm 上海共久電氣有限公司測徑儀通過雙光路邊緣測量原理 已經(jīng)實現(xiàn) 1600mm 最大外徑測量 并以在大型管道行業(yè)投入應(yīng)用 大直徑測量主要有兩個 方向 一個是通過雙鏡頭實現(xiàn) 但這樣會犧牲一些小直徑的測量范圍 另一種 是通過單鏡片實現(xiàn) 但這樣對鏡頭的加工難度和質(zhì)量保證及成本控制上提出較 大要求 2 測量原理 目前 國內(nèi)比較常用的兩種非接觸測量方法 一種是基于 CCD 器件接收光 信號的測量方法 另一種是激光掃描測量方法 兩種方法各有各的優(yōu)勢以及劣 勢 下面讓我們來看看他們的基本工作原理 第一種測量原理 CCD 尺寸測量 CCD 尺寸測量系統(tǒng)基本都由 CCD 像傳感器 光學(xué)系統(tǒng) 微機數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)組成 我們先來看一下采用 CCD 測量的基本原理 線陣 CCD 平行光法進(jìn)行非接觸測量的基本原理 將線陣 CCD 置于平行光路 被測物放于 CCD 前方光路中 射向 CCD 的光就被物體擋住一部分 因此 CCD 輸 出的信號就有一個凹口 顯然 凹口的寬度與物體的尺寸有一一對應(yīng)的關(guān)系 我們利用數(shù)字電路設(shè)計和計算機處理就很容易的得到凹口對應(yīng)的 CCD 像元數(shù) 從而計算出被測物體的尺寸 但是我們也很容易的發(fā)現(xiàn)一個問題 這種測量方 法要求 CCD 光敏區(qū)的長度大于被測物體的尺寸 而大尺寸的 CCD 特別昂貴 所 以必須通過其他方法來實現(xiàn)光的接收 CCD 尺寸測量基本原理 顯然 CCD 接收法它具有一些獨特的一般機械式 光學(xué)式 電磁式測量儀無 法比擬的優(yōu)點 這與 CCD 本身的自掃描高分辨率高靈敏度結(jié)構(gòu)緊湊位置準(zhǔn)確的 特性密切相關(guān) 其中關(guān)鍵的技術(shù)就是光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和 CCD 輸出視頻信號的采 集與處理 但是也存在著很多常見的問題 諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本高等缺點 下 面讓我們來看一下 CCD 測量的方法有哪些缺點 1 采用 CCD 接收然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的方法 測量的精度受限于 CCD 像元 的大小 我們知道 CCD 像元不管哪個部位接收到光 都會將接收到的光信號轉(zhuǎn)化 成電信號 從而制約了 CCD 測量方法的測量精度 當(dāng)然我們也可以采用盡量小 的 CCD 像元 使它的測量誤差盡量減小 但我們也知道 CCD 的像元越小 CCD 的成本就越高 這是一個沒辦法回避的矛 2 同時 由于我們知道 CCD 光敏區(qū)一般為 28mm 這就直接限制了被測物 體的大小 系統(tǒng)的型號受限 3 3 衍射 我們知道衍射在精密測量中是無法回避的問題 而在這里我們的 CCD 像元不是連續(xù)的 是一個一個像元互相緊密排列組成的 而由于衍射造成 的光的傳播不是直線的 結(jié)果就很容易出現(xiàn)很大的誤差 第二種測量原理 激光掃描測量 激光掃描測徑儀系統(tǒng)采用激光器發(fā)出的光束通過多面體掃描轉(zhuǎn)鏡和掃描光 學(xué)系統(tǒng)后 形成與光軸平行的連續(xù)高速掃描光束 對被置于測量區(qū)域的的工件 進(jìn)行高速掃描 并由放在工件對面的光電接收器接收 投射到光電光電接收器 上的光線在光束掃描工件時被遮斷 所以通過分析光電接受器輸出的信號 可 獲得與工件直徑有關(guān)系的數(shù)據(jù) 為保證測量的高精度以及可靠性 光掃描計量 系統(tǒng)必須滿足以下三點基本要求 1 激光束應(yīng)垂直照射被測物體表面 2 光束必須對物體表面做勻速直線掃描運動 3 掃描時間必須測的很準(zhǔn)確 而在現(xiàn)實情況下 掃描速度并不是常數(shù) 而是隨掃描轉(zhuǎn)鏡的角位移的變化 而變化 這樣就會產(chǎn)生原理誤差 綜上所述 我們可以看出 使用 CCD 進(jìn)行測量的這種方法有它的優(yōu)點 但 同時也有它自己無法克服的缺點 再看利用激光掃描測量直徑的方法 雖然會 出現(xiàn)如掃描速度達(dá)不到均勻而產(chǎn)生的原理誤差 但是我們可以利用算法的不同 降低這部分誤差