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.