Multisensoryczne Urządzenia Pomiarowe
Transkrypt
Multisensoryczne Urządzenia Pomiarowe
634 MECHANIK NR 7/2009 Multisensoryczne Urządzenia Pomiarowe – współczesne oblicze metrologii Każde urządzenie pomiarowe dysponujące co najmniej dwoma typami sensorów można nazwać multisensorycznym. Zastosowanie tego typu maszyn przekłada się bezpośrednio na wzrost elastyczności i wydajności działu kontroli jakości. W artykule tym zostaną pokrótce omówione praktyczne aspekty pomiarów za pomocą maszyn multisensorycznych na przykładzie sprzętu oferowanego przez firmę OGP. W maszynach multisensorycznych wyróżnia się trzy podstawowe grupy sensorów: wizyjne, laserowe i stykowe. Każdy typ sensora cechuje się własnościami kwalifikującymi go (lub nie) do danych zastosowań. Pomiary wizyjne, których podstawową cechą jest brak fizycznego styku sensora z powierzchnią mierzoną, znajdują największe zastosowanie w identyfikacji i pomiarze krawędzi. W metrologii optycznej przez krawędź rozumie się granicę pomiędzy dwoma obszarami widocznymi dla układu wizyjnego i rozróżnialnymi na podstawie specyficznych cech, takich jak: intensywność odbijanego światła, kolor lub faktura powierzchni. Sercem sensora wizyjnego jest złożony układ optyczny. Rejestruje on obraz, który następnie jest analizowany za pomocą wyspecjalizowanego oprogramowania. Współrzędne elementów geometrycznych (punkt, odcinek, okrąg, łuk) zidentyfikowanych na obrazie podawane są w układzie współrzędnych związanym z rzeczywistym położeniem detalu mierzonego względem kamery. Ponieważ urządzenia firmy OGP posiadają klasyczną konstrukcję portalowej współrzędnościowej maszyny pomiarowej, współrzędne te wynikają z wartości odczytanych z precyzyjnych liniałów osi XYZ. Wysokiej jakości układ optyczny zapewnia minimalizację szkodliwych aberracji do poziomu nie wpływającego na dokładność pomiarów. Niepewność pomiarów optycznych, w zależności od modelu maszyny, waha się wokół wartości ±3 µm. Jednak pomiary wizyjne to nie tylko identyfikacja geometrii dwuwymiarowej, lecz również pomiary 3D (rys. 1). Możliwe jest to dzięki specjalnemu algorytmowi analizy obrazu. Pomiar w osi Z odbywa się poprzez automatyczne poszukiwanie przez system pomiarowy obrazu o najlepszej ostrości. W ciągu kilku sekund wykonywana jest seria zdjęć w zakresie ruchu osi Z rzędu kilku mm, a następnie wybierane to zdjęcie, którego ostrość jest najlepsza, a wartość z osi Z przypisana do tego zdjęcia najlepiej przybliża położenie w osi Z danej powierzchni mierzonej. Niepewność takiej metody pomiarowej może wynosić jedynie ±3 µm. Oddzielną grupę sensorów stanowią lasery pomiarowe. Ich unikatową cechą jest zdolność do szybkiego skanowania kształtu powierzchni (rys. 2). Rys. 2. Laserowe skanowanie zarysu powierzchni Sensory te dzielą się na trzy podgrupy: triangulacyjne, interferencyjne i spektrometryczne. Triangulacja laserowa dostarcza informacji o wysokości obiektów oraz falistości powierzchni. Interferencja laserowa, oprócz wysokości i falistości, pozwala dodatkowo identyfikować grubość warstw przezroczystych dla wiązki laserowej. Wyjątkową cechą lasera interferencyjnego jest zdolność do penetrowania szczelin o grubości jedynie 2 µm. Zarówno triangulacja, jak i interferencja laserowa zapewniają niepewność pomiaru na poziomie 1 µm. Ostatnia podgrupa, sensory spektrometryczne (rys. 3), dzięki niezwykłej dokładności pomiarowej 0,02 µm, oprócz falistości powierzchni, umożliwia również pomiar chropowatości. Zatem zastosowanie sondy spektrometrycznej pozwala zamienić maszynę współrzędnościową w pełni funkcjonalny profilometr. Rys. 3. Bezstykowy pomiar chropowatości Rys. 1. Wizyjny pomiar geometrii detalu Trzecim typem oprzyrządowania pomiarowego stosowanego w maszynach multisensorycznych są sondy elektrostykowe, tensometryczne lub skanujące.