快速而精确的激光测量技术

激光三角测量仍然是CyberOptics Corp.制造仪器的基本原理。

CyberOptics的Bruce Batten解释说：“我们将激光光束聚焦到表面上然后光束反射回传感器。我们在检测器上收集数据。如果激光射到表面的点在Z方向发生变化，则反射光射到检测器的部位也会发生变化。使用三角测量法，我们可以精确确定两个点之间的高度差。”

该公司的Cyberscan Cobra3维轮廓仪可以收集在高度、长度、面积、体积、平均高度和表面粗糙度的3维数据。CyberOptics公司的激光传感器在50mm×50mm的是大测量面积中的分辨力精确至0.125μm。Cobra的传感器被固定在Y轴移动臂上。由一个3维半敞开平台将Cobra定位在目标物上方，而测量台提供X轴运动。

另一个产品，即Vantage检测系统，可以对152mm×152mm的面积进行3维扫描。它可以产生一个地形高度图，分辨力精确至0.125μm。测量范围为8000μm。其自动的X—Y工作台，由系统的计算机控制，给操作者一个为他们想测量的样吕的编程面积的机会。该公司制作的3个或4个传感器可以与Vantage或Cobra3维系统一起使用。

激光测量系统必须克服的一大障碍是光斑尺寸。Batten说：“激光光束的光斑尺寸在很大程度上决定着分辨力的大小。我们要生成很小的微细光斑，因为可以成像和测量很小的特征。如果可能的话，这需要一些透镜的优良品质的光学件，可将减小光斑尺寸至超出衍射极限的范围。”
他发现随着时间的流逝，激光系统变得越来越有价格竞争力。“激光技术的研究是一个热门领域。

像我们一样，人们从通讯系统方面的进步中受益匪浅。我们现在采用工作在600mm-700mm范围内的激光器。我们喜欢采用范围低至300mm-400mm的激光器。”

Renishaw Inc.是接触式测量系统的优秀制造厂，它生产用于手动或直接数控的坐标测量机的激光检测系统。由Wolf Beck制造的OTP64M光学触发式测头系统，允许坐标测量机的用户可以在其机床上添加非接触式检测功能。

Renishaw的Denis Zayia说：“我们在Wolf Beck测头上添加了Renishaw自动接合器，它还有一个OTI6接口。因此，不管您在哪儿取得什么样的接触式测头，都可以在PH6M和PH10自动头上连接上系统。”采用同轴光学三角测量，该测头系统包括一个Class2激光器并在激光光斑到达共焦点位置时产生一个触发信号。由于OTP6M模拟标准接触式触发测头的输出信号，不需专用软件就可使用该激光测头。

Zayia解释说：“当有的人基本上需要利用接触式触发测头检测大部分零件，但是有一对零件要求采用非接触式测量时那是一个实在的方法。”还还看到激光测量系统的价格有显著降低。“如果您注意到我们的Wolf Beck系统，其中包括测头、接口和各种附件，其价格约为12000美元，该测头是装在坐标测量机上的视频测头。其价格已下降，而且还会进一步降价。”

将来，激光测量能替代接触测量吗？Zayia主意到：“机械式测量将占统治地位，但激光测量设备将占更大的份额。就切断测头而言，我们绝大部分的这类测头都有分离模块。最坏的情况是，您可能弄弯笔尖。如果您在一台制作准备去油漆的车身的机床上采用激光，且它撞入了零件当中，则激光会中断。我认为激光的固定比较昂贵。”

Erim International Inc.专门开发用于军事卫星上的感知系统（特殊的综合小孔雷达）。他们的Holo-Vision集团开发了一种称为Holo Mapper的激光装置，此装置利用了以产生工业测量系统为基础的知识。
Holo-Vision集团的总经理Joseph C. Marron说，新系统可在几分钟内生成并记录零件的数字全息图。Holo Mapper工作同时用激光照射整个零件。“我们将激光束分成一个目标光束和一个参考光束，然后记录由射到CCD摄象机上生成的全息图。用计数法译码的全息图进到能够形成图象的计算机。我们的智能特点是代码或数字信号处理，它允许我们取得全息图信息并将其转换为3维图像。”

Holo-Vision所用的摄象机具备一个1000×1000像系CCD阵列，因此系统可能在一个零件上收集1百万个数据点。利用专用软件，用户可以计算表面粗糙度、平面度和零件的二维度。此外，外零件上收集的数据可以与CAD模型进行比较，以评价综合的零件精度。测量一个典型的零件约需2min。测量后，用户几乎可以立即从数据中获得3维图像或轮廓。Marron解释说：“对于轮廓，用户按鼠标左键，击右键以确定轮廓极限。另外，我们也可以沿着圆弧划曲线，也可以对某个零件进行数字式平面化或以数字方式记录革个零件。”

在Z方向，系统可以分辨出0.5μm。Marron说：“我们有些用户想让我们降低该数字，而我们也正征那个方向发展。”当前HoloMapper能测量的零件尺寸不大于178mm×178mm×178mm。在不久的将来，我们希望将尺寸增大到305mm×305mm×305mm。在X和Y方向，当视野为178mm×178mm时，HoloMapper的X—Y像素尺寸为0.178mm×0.178mm。

Marron说：“如果某人要测量像孔位置一类的特征，在CCD阵列上，我们得到许多超过圆直径的样值。我们可以进行子像素处理以确定像孔径一类的特征，精度好于0.178mm。”按照特殊的颜色绘制高度值，可以产生用肉眼看的有用图像。通过采用3维眼镜，观察者可以获得从屏幕上竖起的图像，这样可以提高视觉判断。

在进入该新系统之前，零件必须清洗。HoloMapper会将遗留在零件上的油膜解释为高度偏差。零件必须在系统的激光下保持静止状态。可以采用自动插入零件，但Holo-Vision还没有设置这种操作。现在，新系统的10个被宣布在?现场测试。

Morran看到HoloMapper在某些领域与坐标测量机竞争。“我们的用户在使用坐标测量机时所遇到的问题是，在较大面积上进行精密零件精确采样时，速度很慢。而我们却有在1min~2min内对一个样件采集1百万个点的能力。“培训某人使用最新HoloMapper的版本，它被安装在一个NEMA12外壳内，约需要4h。(end)

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