Мультисенсорная метрология: новый подход к измерениям


PDF версия

Визуально-измерительный контроль считается одним из наиболее эффективных способов выявления дефектов. Именно с визуального осмотра начинаются обычно все мероприятия по неразрушающему контролю. Данный вид контроля проводится с использованием специальных оптических систем и позволяет исследовать различные изделия, независимо от материалов, из которых они изготовлены.

Популярность измерительных технологий объясняется и другими причинами. Одна из главных — возможность определить стадию производственного процесса, на которой появляется дефект. В результате производитель сокращает время и расходы, потраченные на изготовление некачественной продукции, исключает брак и сохраняет свою репутацию.
Компания Nikon имеет вековой опыт работы в области оптических технологий и неоднократно подтверждала репутацию лидера в данной сфере. В своих изделиях (от фототехники до микроскопов) компания использует линзы исключительно собственной разработки и производства, что гарантирует превосходные технические характеристики и неизменный спрос на продукцию под брендом Nikon. Компания имеет широкую линейку самого современного измерительного оборудования, однако наибольший спрос и интерес вызывает новая автоматическая серия видеоизмерительных систем Nexiv.

Ручное или автоматизированное измерение?

В этом вопросе ключевую роль играет соответствие между производственными задачами заказчика и выбранными средствами контроля. Выбор же зависит от таких факторов как размер заготовки, используемые материалы, скорость исследования, повторяемость, требуемая точность и многих других. Однако в большинстве случаев при выборе между ручными и автоматизированными системами измерения критическим фактором является пропускная способность. Для небольших объемов вполне достаточно ручного измерения, в то время как быстрое исследование большого количества образцов требует автоматизации. Именно поэтому специалисты компании Nikon разработали новую серию автоматизированных видеоизмерительных систем Nexiv, обеспечивающих быстрое и качественное измерение изделий из различных материалов (см. рис. 1). Данное решение позволяет в 10 раз увеличить скорость исследования (по сравнению с ручным управлением), при этом исключается влияние человеческого фактора и формируется более эффективная производственная среда. Программное обеспечение, разработанное специально для данной серии систем, ускоряет и упрощает процесс измерения.
Системы серии Nexiv подходят для пооперационного контроля и могут быть включены в каждую линию между производственными процессами, чтобы не допустить попадания дефектных изделий на следующий этап производства. В результате достигается максимальная степень контроля, и инвестиции, вложенные в видеоизмерительные системы Nexiv, в минимальные сроки возвращаются в виде сэкономленных средств и снижения брака.

 

а)
б)
в)
г)
Рис. 1. Примеры изображений, полученных с помощью видеоизмерительных систем Nexiv:
а) литые пластиковые детали; б) литые алюминиевые детали; в) EDF-изображение сверла; г) часовой механизм

 

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520

Видеоизмерительная система серии iNexiv VMA-2520 (см. рис. 2) была специально разработана для исследования объемных образцов в соответствии с требованиями автоматических измерений механических частей, электронных компонентов, литых пластиковых и металлических деталей, медицинских изделий. Оборудование имеет уникальную конструкцию оптической головки, что обеспечивает ход по оси Z 200 мм. Перемещение по осям XY — 250×200 мм.

 

Рис. 2. Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520

За счет использования алюминиевых сплавов в конструкции системы продольные наклоны и отклонения, вызванные изменениями температуры, сведены к минимуму. Для подключения компьютера к контроллеру используются порты IEEE1394 и USB2.0. Новые технологии фирмы Nikon по обработке изображения исключают использование карты захвата изображения.

Новейшая оптическая система увеличения изображения

Специалисты компании Nikon разработали новую оптическую систему, которая охватывает малые увеличения, имеет большое рабочее расстояние и подходит для измерения трёхмерных объектов. Апохроматический объектив характеризуется низким уровнем искажений (меньше 0,1%) и обеспечивает длинное рабочее расстояние — 73,5 мм во всём диапазоне увеличения. Усовершенствованная светодиодная подсветка повышает контрастность изображения за счёт использования апохроматического объектива для компенсации синих длин волн, излучаемых белыми светодиодами.
Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 поставляется со стандартной пятиступенчатой оптической системой, имеющей 10-кратный коэффициент увеличения, который обеспечивает превосходное разрешение при большом увеличении и широкое поле зрения при малом увеличении. Большая точность позиционирования достигается за счёт устранения люфта в механизме увеличения при использовании пятиступенчатой системы увеличения, что делает её идеальной для измерений. Основные параметры видеоизмерительной системы приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Параметры видеоизмерительной системы iNexiv VMA-2520

Оптическое увеличение

0,35Х

0,6Х

1,8Х

3,5Х

Увеличение на экране (монитор 17” с SXGA-разрешением)

12Х

20Х

34Х

62Х

120Х

Поле зрения, мм

13,3×10

7,8×5,8

4,7×3,5

2,6×1,9

1,33×1

Примеры изображения

 

 

 

 

 

 

Преимущества iNexiv VMA-2520
– 10-кратный зум, доступный только high-end системам (позволяет работать как с малым, так и с большим увеличением);
– возможность создания 3D-модели образца и «сшивания» снимков в единое изображение;
– надежность в использовании, минимальные потребности в обслуживании, длительный период эксплуатации;
– легкость и точность измерений, оптимизированных для трехмерных деталей;
– компактность;
– большое рабочее расстояние;
– высокоскоростная точная лазерная автофокусировка;
– измерение с контактной измерительной головкой Renishaw;
– комплексное программное обеспечение для автоизмерений VMA.

 

Белая светодиодная подсветка для быстрых и высокоточных измерений

В видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 используется белый светодиодный источник света для эпископического и диаскопического освещения и 8-сегментной кольцевой подсветки (см. рис. 3). Светодиоды высокой яркости имеют функции постоянного цвета, температуры и характеризуются уменьшенным мерцанием. Таким образом они обеспечивают стабильность точности измерения, в частности при наблюдении цветных изображений. За счет быстрого отклика светодиодов на изменения освещения достигается повышение пропускных измерений.

 

Рис. 3. Белая светодиодная подсветка

Подобная система освещения может управляться в восьми различных направлениях. Белый светодиод при среднем угле освещения 18° позволяет наблюдать объекты с очень низкой контрастностью по краю, которые, как правило, не видны при эпископическом освещении. Это делает VMA-2520 наиболее эффективным решением для измерения медицинских приборов и других трёхмерных объектов.
Обе системы используют источник освещения на основе белых светодиодов, которые поддерживают высокую интенсивность света, близкую к интенсивности свечения галогеновых ламп. Для эпископического освещения, в котором источник белых светодиодов прежде не применялся, VMA-2520 впервые использует интегратор «fly-eye»1 (сконструирован по принципу глаза мухи), реализуя достаточную числовую апертуру и равномерное освещение для более широкого поля зрения. Диаскопическое освещение использует сетку белых светодиодов в системе задней подсветки.

Мультисенсоры для более высокой скорости и точности измерения высоты

Как и стандартная оптическая автофокусировка (АФ), высокоскоростная лазерная АФ, обеспечивающая длинное рабочее расстояние 63 мм, может быть использована как дополнительная опция. Для лазерной АФ в видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 применяется бесконтактный датчик, который использует красный полупроводниковый лазер заполняющего цвета и позволяет измерять высоту с субмикронным разрешением. Лазерная АФ обеспечивает быструю и высокоточную фокусировку поверхности исследуемого объекта, независимо от оптического увеличения, делая простыми измерения высоты образца. Благодаря использованию нового алгоритма и прогрессивной сканирующей CCD-камеры оптическая АФ обеспечивает большую скорость и точность исследования и подходит для различных применений, например, для фокусировки поверхности и краёв образца.
VMA-2520 адаптирована для систем Renishaw TP-20 и TP-200 (см. рис. 4), что делает возможным и контактно-исследовательские измерения. Данная система позволяет определять координаты поверхности и границ в сложных 3D-моделях, где оптическое распознавание невозможно. Единая программа измерений может включать оптическое, лазерное и контактное исследование для реализации мультисенсорной метрологии в общей плоскости координат.

 

а)
б)
в)
Рис. 4. Лазерная АФ система (а); система Renishaw ТР-20 (б); система Renishaw ТР-200 (в)

Головка TP-20 — это кинематический сенсорный датчик, состоящий из собственно тела датчика и съёмных стилусов, которые могут автоматически заменяться на разные конфигурации. Головка TP-200 представляет собой электронный датчик на основе тензометрической технологии, обеспечивающий более высокую точность, чем кинематический сенсорный датчик. TP-200 состоит из тела датчика, стилусов и интерфейса PI200. Модуль замены стилусов MCR20, настроенный для iNexiv, также доступен в качестве опции. Модуль MCR предназначен для безопасного хранения различных стилусов, готовых к быстрой автоматической замене.

Усовершенствованный алгоритм обработки изображения

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520, основанная на новой технологии обработки изображения фирмы Nikon, обеспечивает работу с изображением на самом современном техническом уровне. Цифровое видеоизображение передаётся на порт IEEE1394 ПК через контроллер и обрабатывается до определения границ на уровне субпикселов. Это исключает необходимость использования захвата изображения в управляющем компьютере и обеспечивает высокоскоростные точные наблюдения и измерения. Цветная сканирующая 3CCD-камера также обеспечивает повторяемость измерения подобно монохромной камере.
VMA-2520 имеет видеопробник определения границы образца с автоматической функцией «лучшего соответствия». Когда оператор нажимает на точку измерения, система автоматически поворачивает пробники, устанавливая их в оптимальное положение и определяя их размер (см. рис. 5).

 

а)
б)
Рис. 5. Установка пробника в оптимальное положение: а) оператором; б) системой

В системе предусмотрена также функция определения желаемой границы за счёт устранения пыли и неровностей. Некоторые образцы содержат неровности по краям, или их конт­растность слишком мала, что создаёт трудности при обнаружении границ. Данная функция графически оптимизирует уровень яркости изоб­ражения, позволяя выбрать любую из представленных границ.

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 на мировом и отечественном рынках

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 является новой разработкой Nikon в области метрологии и сочетает передовые решения и технологии. Зарубежные потребители уже в полной мере оценили преимущества этого оборудования, однако на российском рынке система появилась сравнительно недавно. Ее презентация состоялась на стенде ООО «Сов­тест АТЕ» в начале 2012 г. на международных выставках «Экспо­Элек­троника» (см. рис. 6), «ЭкспоКонтроль», «Металлообра­ботка».

 

а)
б)
Рис. 6. Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 на выставке «ЭкспоЭлектроника-2012»

 «Совтест АТЕ» является официальным представителем Nikon Metrology (часть корпорации Nikon, специализирующаяся на решениях в области метрологии и неразрушающего контроля). Компания осуществляет поставки, комплексное обслуживание оборудования, включая пуско-наладку, обучает специалистов работе с оборудованием, оказывает гарантийную и постгарантийную поддержку.

______________

1 Линза «fly-eye» состоит из группы мелких линз. Характеризуется эффектом разделения проходящего света на множество частичных изображений и равномерного их проецирования по всему полю зрения. Результатом является равномерное яркое освещение без снижения интенсивности по краям поля зрения.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *