Мир современных технологий становится все более сложным, изделия все более мелкими и функционально насыщенными. Производство таких изделий, независимо от применяемого материала, требует тщательного визуального контроля качества и погрешностей геометрической формы и размеров. Кроме того, постоянно растут потребности предприятий в проведении высокоточных бесконтактных измерений.
Представленные в этой статье системы бесконтактных измерений Hawk, Kestrel и Merlin производства компании Vision Engineering (Великобритания) с 2007 года внесены в Государственный реестр средств измерений РФ, а также в его Спецраздел, и могут быть использованы в производстве продукции двойного назначения.
Семейство данных систем, предназначенных для бесконтактных измерений линейных размеров с автоматической регистрацией результатов в цифровой и графической формах, объединяет довольно широкий ряд средств измерений, отличающихся конструктивным исполнением и нормированными значениями метрологических характеристик.
Функционально системы состоят из безокулярного микроскопа, измерительного стола и системы обработки измерений. Принцип действия безокулярного микроскопа основан на использовании технологии оптического проецирования, с помощью которой изображение с измерительного стола формируется в оптической головке микроскопа с высокими контрастностью и разрешением. Точность перемещения измерительного стола обеспечивается применением алгоритма нелинейной коррекции ошибки (NLEC), компенсирующим все механические ошибки перемещения во всем диапазоне измерений. Система обработки измерений производит обработку результатов и вывод их на экран в цифровой и графической формах.
Конструктивно системы состоят из оптической головки, штатива, измерительного стола, системы обработки измерений, узла фокусировки с принадлежностями и аксессуаров. На экране оптической головки производится наблюдение за наведением и измерением объектов; штатив необходим для установки измерительного стола, блока фокусировки и оптической головки; измерительный стол служит для установки на нем измеряемых объектов; узел фокусировки предназначен для фокусировки оптической системы на измеряемые объекты.
Система обработки измерений в зависимости от комплектации может быть построена либо на персональном компьютере с программным обеспечением QuadraCheck серии 5000 (QC5000), либо на микропроцессорах QuadraCheck серии 300 (QC300) или QuadraCheck серии 200 (QC200).
Системы поставляются со следующими типами измерительных столов: 150×100 мм (Kestrel/Merlin); 150×150 мм, 200×150 мм, 300×225 мм и 400×300 мм (Hawk).
Модельный ряд средств измерений этого класса открывают системы Merlin и Kestrel.
Система бесконтактных измерений Merlin (см. рис. 1) представляет собой двухосевую систему видеоизмерений, построенную на современном видеопроцессоре с сенсорным экраном, позволяющим автоматически определять границы измеряемых деталей различной формы.
Рис. 1. Система бесконтактных измерений Merlin, построенная на видеопроцессоре QC300 |
Данная система является простейшим прибором представляемого семейства, однако эта простота обеспечивает высокую точность измерений при сравнительно малых финансовых вложениях, а интуитивно-понятный интерфейс прибора значительно сокращает время на обучение, сводит к минимуму ошибки операторов и, в целом, повышает производительность процесса.
Видеокамера высокого разрешения, а также регулируемые верхняя и нижняя подсветка измерительного стола обеспечивают четкое определение границ различных материалов, включая металлы, пластик и др.
В системах Merlin используется 1/3” CCD-сенсор с S-video выходом с высокой светочувствительностью 0,35 люкс при F2.0. Для подсветки поверхности применяются светодиоды высокой интенсивности. Измерительный стол откалиброван в заводских условиях по NLEC для обеспечения требуемой точности в соответствии с международными стандартами ISO9000.
В безокулярных системах бесконтактных измерений Kestrel (см. рис. 2) используется запатентованная технология оптической проекции DynascopeTM компании Vision Engineering, обеспечивающая получение высококачественного изображения объектов и позволяющая с высокой точностью измерять сложные мелкие детали низкой контрастности. Кроме того, пользователям систем Kestrel доступны различные варианты подсветки измерительного стола, включая спот-лампы, шеститочечные кольцевые волоконно-оптические и светодиодные осветители, эпископическая подсветка для просмотра и измерений глухих отверстий.
Рис. 2. Система бесконтактных измерений Kestrel, построенная на видеопроцессоре QC200 |
В системах Kestrel используется предварительно отцентрированная сетка для обоих глаз. Измерительный стол откалиброван в заводских условиях по NLEC для обеспечения требуемой точности в соответствии с международными стандартами ISO9000. Кроме того, пользователи систем Kestrel могут применять мультимедийные решения для архивирования изображений, обработки получаемых данных измерений, их анализа и документирования.
Системы бесконтактных измерений Merlin и Kestrel обладают увеличением до 50 крат.
Наиболее совершенные средства измерений данного семейства систем бесконтактных измерений носят наименование Hawk (см. рис. 3). Они объединили в себе все достижения компании Vision Engineering в области бесконтактных измерений. Системы Hawk могут проводить одновременные видео и оптические измерения с использованием технологии DynoscopeTM, что позволяет распознавать и измерять самые оптически сложные и слабоконтрастные объекты, гибко перестраиваться для выполнения различного рода задач.
Рис. 3. Система бесконтактных измерений Hawk, построенная на персональном компьютере с программным обеспечением QC5000 |
Системы Hawk представляют собой безокулярные измерительные микроскопы с разной точностью и степенью автоматизации измерений. Наиболее простые конфигурации систем имеют точность 15,0…18,4 мкм, оптическую головку и ручное управление, наиболее сложные — способны полностью автоматизировать весь процесс измерений, включая оптическое распознавание краев объектов, анализ допустимых значений, автоматическое создание отчетов, а также имеют высокие точностные характеристики (2,0…2,9 мкм). Все эти преимущества в сочетании с высокими степенями увеличения (до 1000 крат), открывают дополнительные возможности в исследованиях качества сборки, пайки, проверках геометрической формы и размеров мельчайших изделий и деталей.
Программное обеспечение QC5000 предоставляет пользователям мощный и в то же время наглядный интерфейс с функциями программирования и задания последовательностей измерений, задания допусков измеряемых деталей, документирования результатов измерений, их статистического анализа и составления отчетов, управления данными, значительно упрощая сложные измерительные процедуры.
Системы Hawk по требованию заказчика могут быть оборудованы различными измерительными столами с разными точностями. Каждый измерительный стол калибруется по NLEC. Кроме того, системы Hawk позволяют при фокусировке на различные поверхности деталей считывать показания по оси Z.
Основные технические характеристики систем
Диапазон измерений линейных размеров, мм:
– систем Merlin: по оси X — 0…150; по оси Y — 0…100;
– систем Kestrel: по оси X — 0…150; по оси Y — 0…100;
– систем Hawk:
— со столом типа 150×150: по оси X — 0…150; по оси Y — 0…150;
— со столом типа 200×150: по оси X — 0…200; по оси Y — 0…150;
— со столом типа 300×225: по оси X — 0…300; по оси Y — 0…225;
— со столом типа 400×300: по оси X — 0…400; по оси Y — 0…300.
Диапазон показаний линейных размеров по оси Z, мм:
– систем Hawk:
– со столом типа 150×150: для грубого и точного перемещения — 0…230;
– со столом типа 200×150: для грубого и точного перемещения — 0…230;
– со столом типа 300×225: для грубого перемещения — 0…90, для точного — 0…50;
– со столом типа 400×300: для грубого перемещения — 0…90, для точного — 0…50.
Пределы допускаемой погрешности измерения линейных размеров в плоскости XY, мкм:
– систем Merlin: ±(4+6,5L/1000);
– систем Kestrel: ±(7+6,5L/1000);
– систем Hawk:
— со столом типа 150×150: ±(4+5,5L/1000);
— со столом типа 200×150: ±(2+4,5L/1000);
— со столом типа 300×225: ±(15+6,5L/1000);
— со столом типа 400×300: ±(15+8,5L/1000);
где L — измеряемые линейные размеры, мм.
Напряжение питания от сети переменного тока частотой (50 ±1) Гц — 220 ±22 В.
Габаритные размеры (ширина ×
× длина × высота), мм, не более:
– систем Kestrel/Merlin: 405×490×600;
– систем Hawk:
— со столами типа 150×150, 200×150 — 750×700×780;
— со столами типа 300×225, 400×300 — 1200×1020×700.
Масса, кг, не более:
– систем Hawk — 95;
– систем Kestrel/Merlin — 48.
Рабочие условия эксплуатации:
– температура окружающего воздуха, °С — от 15 до 25;
– относительная влажность воздуха при температуре 20°С, % — от 20 до 80.
Таким образом, системы Hawk/Kestrel/Merlin, используя самые передовые технологии, предоставляют пользователям огромный набор возможностей по высокоточным измерениям геометрической формы и размеров самых сложных объектов. Высокие точностные характеристики и гибкость систем позволяют им находить применение не только на предприятиях, выпускающих механические и электронные компоненты и устройства, но и при решении задач неразрушающего контроля, в криминалистике, реставрации, лабораториях различного профиля, в том числе медицинских и научно-исследовательских учреждениях и других сферах.