Больше, чем лазерные датчики

Источник изображения: Новакам

Лазерные триангуляционные датчики широко используются уже более 50 лет, и многие пользователи рассматривают их как товар широкого потребления. Прокатные станы используют лазерные датчики для проверки плоскостности прокатанного листового металла, литейные заводы используют их для измерения высоты расплавленного металла, а производители автомобилей используют их для проверки посадки и отделки автомобилей. Цены с годами снизились, а возможности улучшились. Измерения с точностью до тысячной дюйма на расстоянии в несколько дюймов можно провести за несколько сотен долларов, а датчики большой дальности и повышенной прочности стоят немного дороже. Эти датчики обеспечивают высокую надежность и надежность, но с некоторыми сохраняющимися проблемами, такими как шум «лазерных пятен», наблюдаемый на шероховатых поверхностях и изменяющихся текстурах, которые по-прежнему создают некоторые проблемы.

За последние 10–20 лет на рынке появились новые оптические датчики, которые предлагают новые возможности, такие как субмикронные возможности для измерения небольших прецизионных деталей, а также возможности онлайн-измерения поверхности, что раньше было возможно только с прецизионными щуповыми инструментами, которые не были действительно совместимы. с внутрипроизводственной средой. Эти новые инструменты включают в себя:

Существует множество поставщиков этих инструментов, и, конечно же, постоянно разрабатываются новые варианты. В этой статье мы рассмотрим, как работают эти новые оптические датчики и как их можно использовать для удовлетворения критически важных потребностей в квалификации деталей и управлении процессами в прецизионном производстве.

Глубина от фокуса (DFF) использует эффект, часто встречающийся в фотографии. Камера может получить четкое изображение на одном расстоянии, но объекты ближе или дальше могут оказаться не в фокусе. Снимая большее количество изображений с различными настройками фокусировки и выполняя поиск объектов по четкости для каждой настройки фокусировки, пользователь может построить карту диапазона для каждой точки изображения, которая находится в четком фокусе на определенном фокусном расстоянии. [1] Некоторые системы микроскопов используют этот подход для определения областей внутри каждого изображения, которые лучше всего сфокусированы, а затем объединяют эти области для создания единого сфокусированного изображения. Одним из применений этого инструмента является проверка интегральных плат для проверки деталей и расположения припоя.

Другой способ оценить четкость фокуса, не используя только то, что находится в фокусе, — это использовать модель оптического изображения и величину размытия расфокусировки в каждой точке вдали от любой плоскости фокуса, чтобы оценить, насколько далеко конкретная особенность изображения находится от объекта. лучший фокус изображения. Глубина от расфокусировки может создать непрерывную карту всех точек диапазона на объекте с гораздо меньшим количеством плоскостей изображения, чем методы глубины от фокуса.

Предположение о том, на чем следует сосредоточиться, где бы вы ни измеряли, по-прежнему должно удовлетворяться для обоих этих подходов. Но вместо интерполяции между точками диапазона изображения с наилучшей фокусировкой с использованием глубины от фокуса можно использовать величину и характер расфокусировки краев и объектов для аналитического определения диапазона каждого объекта.

Оба эти метода использовались для картографирования небольших деталей, таких как электроника, картографирования режущего инструмента и резьбы винтов, а также, в некоторой степени, для измерения чистоты поверхности обработанных металлических деталей. Предел измерения чистоты поверхности методами, основанными на фокусировке, достигается, когда текстура находится ниже оптического разрешения линзы, которое для небольшого поля в несколько десятых дюйма (несколько миллиметров) может составлять 20 миллионных дюйма (0,5 дюйма). микроны). Ниже некоторого практического уровня оптический метод не может увидеть ничего, на чем можно было бы сфокусироваться. Но для поверхностей, которые можно измерить, измерение за несколько секунд может быть выполнено на участках и площадях размером в несколько дюймов и до десятых миля (1-2 микрона).

Конфокальные методы уже давно используются в биологии для измерения клеточной структуры. Старые конфокальные микроскопы были строго лабораторными приборами, которые работали во многом аналогично методу определения глубины от фокуса, но с дополнительной особенностью в виде оптического фильтра, который просто блокирует любой свет из любой точки, которая не находится в фокусе. Обычно это точечные измерения, а не измерения площади, как указано выше, но они также доступны в виде линейных измерений. Дополнительным нововведением в последние годы стало использование хроматического или «цветного» эффекта фокусировки, при котором разные цвета света фокусируются на разных расстояниях. [2] Таким образом, устройство сортировки цветов (например, спектрометр) может быстро определить диапазон каждой точки без необходимости механического сканирования датчика по глубине, как это было в более старой конфокальной конструкции. Это позволяет выполнять измерения быстрее (тысячи точек в секунду) в рабочем диапазоне, чем глубина от долей дюйма до дюйма (от нескольких миллиметров до сантиметров).