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    光學測量光學測頭的應用趨勢

    2021-10-28 09:25:53

    傳統三坐標測量機裝備Z多的是接觸式測頭,用接觸式測頭測量物體時,測針以必定速度接觸物體外表,然后使測針的方位發生違背,發生的電信號接觸測頭記載一個物體外表測點的空間坐標。由此帶來的第1個問題便是測量速度較慢。其原因在于,首要接觸式測頭的采點方法是非連續的,測頭在一次采點完成后需退回一段距離,讓測針歸位后才干進行第2次采點。并且采點時接觸物體外表的速度不能太快,若測針接觸物體速度過快使得測針的方位違背過大,則信號會被認為是發生了磕碰而采點失利。出于這個原因能夠用掃描式測頭代替接觸式測頭,掃描式測頭選用的是連續采點方法,因而采點速度得到較大提升。約束測量速度的第二個原因在于,假如被測物體具有比較復雜的幾許形狀,那么測針需求變換若干次指向才干完成整個測量,并且測針的每個指向需進行標定。假如要戰勝這一不足,然后進一步提高測量速度的話,需求給三坐標測量機裝備高端的多軸旋轉掃描測頭,該項新技術能夠以連續方法高速掃描物體進行采點。


    接觸式測量所用的測針尖端一般為紅寶石球,測頭采點所得的空間坐標為紅寶石球的球心方位。而測針與物體外表的實踐接觸方位并非球心,所以物點的坐標有必要根據紅寶石球的半徑進行補償。由此帶來了接觸式測量的第二個問題,即紅寶石球的半徑補償方向過錯。當被測幾許特征較?。ㄖ睆?《 1mm)且采點密度較大時,采得點的順序會發生混亂,然后使球半徑補償方向發生過錯,形成獲得的幾許特征與實踐不符。


    此外,因為物體外表存在必定不平度,一起紅寶石球的直徑要遠大于外表不平度,導致測針無法測得物體外表的微小洼陷。


    接觸式測量的第三個問題在于被測物體的外表特性。假如被測物體外表比較柔軟,或精密易損,則不合適運用接觸式測頭。當測針接觸物體外表后,輕則使之發生形變,發生較大誤差;重則損壞物體外表。


    出于以上原因,光學測量與之比較就有著本質上的優勢。光學測量作為一種非接觸式測量方法,不運用接觸式測針進行采點,而是使用了光的某方面特性來進行測量。這樣就徹底規避了紅寶石球的補償帶來的潛在問題,也使被測物體外表不再受到測針接觸帶來的影響。至于測量速度則取決于光學測頭的品種。但無論哪種測頭,其采點方法都是連續的。并且在采點過程中,光學測頭差異于接觸式測頭,接觸式測頭會因為接觸物體外表時速度過快而被認為發生了磕碰,因為光學測頭徹底不會遇到這個問題,因而進一步提高了采點速度。


    光學測頭


    光學測頭的分類方法有很多,品種更是繁復。從測量原理上一般能夠分為共軸測量和三角測量;從光源特點上能夠分為自動光源和被迫光源;從光源維度上能夠分為點光源、線光源和面光源;從光源色譜上又能夠單色光源和白光源。共軸測量中常見的方法有兩種。其一是干與法,它使用了光的波長特性,將一束光經過平面分光鏡(半透半反)分紅兩束。一束由鏡面反射至參閱平面,另一束則透射至被測物體外表。兩束光經疊加后發生干與條紋,干與條紋的方式取決于物體的距離與物體外表的幾許特征。另一種是共焦法,從一個點光源發射的探測光經過透鏡聚集到被測物體上,假如物體恰在焦點上,那么反射光經過原透鏡應當會聚回到光源,這便是所謂的共焦。在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡,將反射光折向帶有小孔的擋板,小孔方位適當于光源。光度計測量小孔處的反射光強度,強度zui大時物體即位于透鏡焦點平面,這樣即可測得物點的方位。三角測量則是使用了光源、像點和物點之間的三角聯系來求得物點的距離。


    光源向物體發射一個光點,光點抵達物體后經過反射在傳感器上得到一個像點;光源、物點和像點構成了必定的三角聯系,其間光源和傳感器上的像點的方位是已知的,由此能夠計算得出物點的方位所在。有的測頭以線光源來替代點光源,將一條由若干光點組成的光條紋投射到物體外表,傳感器上接收到的則是二維畸變光線圖畫,光線的畸變形狀取決于每個物點的方位,這樣的線光源測頭能夠大幅提高采點的速度。


    將一條由若干光點組成的光條紋投射到物體外表


    更有測頭用光柵將一束光分散并編碼,構成必定形式的結構光光源,這樣在傳感器上就能夠得到一組畸變光線,然后進一步提高采點的速度。


    測頭用光柵將一束光分散并編碼,構成必定形式的結構光光源


    目前,各種光學測頭選用的光源品種主要有激光和白光。激光作為一種準直、相干的單色光,廣泛地作為點測頭和線測頭的光源。而白光則是由各種波長的光組成,因而色彩呈白色,目前較多地作為結構光光源。因為白光的物理特性,白光點測頭也逐步應用于測量領域中。激光和白光的zui大差異在于,激光是一種單色光,因而具有高度相干性,有些測頭正是使用了激光的相干性來實現其功用;而白光是由各種波長的光組成,所以相干性適當微弱。如前所述,使用單色光的高度相干功能夠根據某些原理進行測量,但事物的兩面性一起說明,在有些地方相干性也會干擾測量。舉例說明,激光測頭使用物體外表的反射光進行三角測量時,照射到物體外表的激光會出現顆粒狀的結構,這種顆粒狀的結構稱為“散斑”,而這種現象稱為“散斑效應”。散斑效應的發生,是因為激光照射在粗糙外表經反射形成的。大多數物體的外表與激光的波長比較都是粗糙的,因而當光波從物體外表反射時,外表各點都發出一束高度相干的子波,子波疊加的結果就構成了物體外表呈隨機分布的散斑。而白光因為由各種波長的光組成,因而相干性被大大削弱,所以在物體外表反射時,很難觀察到散斑效應。這樣的差異對于三角測量來說影響是十分巨大的。原因在于,三角測量是依托像點在傳感器上的方位來確認物點的空間方位的。而像點在傳感器上一般不會是簡略的一個點,反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光,計算機能夠經過像素分析來確認這一群像素的中心,然后得到像點的方位。因為散斑效應的存在,使得要確認像點的方位變得十分困難,且誤差較大。而分布均勻且對稱的光點對像點方位的確認十分有利。這便是三角測量當中白光功能要優于激光的根本原因。


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