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朱振刚 日记

色谱仪,光谱仪,红外线分析器制造

 
 
 

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了解光学测量技术  

2015-04-28 11:20:32|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 光学测量是 生产制造过程中质量控制环节上重要的一步。它包括通过操作者的观察进行的快速、主观性的检测,也包括通过测量仪器进行的自动定量检测。光学测量既可以在线 下进行,即将工件从生产线上取下送到检测台进行测量;还可以在线进行,即工件无须离开产线;此外,工件还可以在生产线旁接受检测,完成后可以迅速返回生产 线。 

        人的眼睛其实就是一台光学检测仪器;它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。当物体靠近眼球时,物体的尺寸感觉上会增加,这是因为图像在视网膜上覆盖的“光感器” 数量增加了。在某一个位置,图像达到最大,此时再将物体移近时,图像就会失焦而变得模糊。这个距离通常为10英寸(250毫米)。在这个位置上,图像分辨 率大约为0.004英寸(100微米)。举例来说,当你看两根头发时,只有靠得很近时才能发现它们之间是有空隙的。如果想进一步分辨更加清楚的细节的话, 则需要进行额外的放大处理。 

人眼成像的原理图
         
图1. 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器;它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。本图显示了人眼成像的原理图。

        人眼之外的测量系统 

        光学测量是对肉眼直接观察获得的简单视觉检测的强化处理,因为通过光学透镜来 改进或放大物体的图像,可以对物体的某些特征或属性做出准确的评估。大多数的光学测量都是定性的,也就是说操作者对放大的图像做出主观性的判断。光学测量 也可以是定量的,这时图像通过成像仪器生成,所获取的图像数据再用于分析。在这种情况下,光学检测其实是一种测量技术,因为它提供了量化的图像测量方 式。 

        无任何仪器辅助的肉眼测量通常称为视觉检测。当采用光学镜头镜头系统时,视觉检测就变成了光学测量。光学测量系统和技术有许多不同的种类,但是基本原理和结构大致相同。 

        最基本的光学测量系统就是单镜头放大镜。这种装置一般包含一个较大的镜头,安装在连接到工作台的控制臂上。操作者调整好镜头的位置,然后双手拿住工件,同 时通过镜头观察。除了背景光之外,通常还会安装一个环绕镜头的照明装置来提高图像质量。简易的放大镜可以使成像质量提高三到五倍,对工件表面的瑕疵、零件 的遗漏及安装错误等检测非常有用。 

        复杂的光学测量仪器即光学显微镜,配置一个多元物镜和一个放大目镜。这种测量仪器可以将工件放大到800倍以上。高放大率也限制了可放大区域的大小,同时要求工件要靠镜头很近,焦距比较小。这也限制了显微镜在工业制造领域中的应用。 

        光学投影比 较仪是位于单镜头放大镜和光学显微镜之间的一种测量仪器。这种测量仪器的工作原理是将图像放大,然后投影到玻璃或塑料屏幕上,供操作者观察。在这里,投影 屏与显微镜中的目镜所起的作用一样。光学透镜系统的放大率和投影屏的直径决定了投影比较仪的视场范围(FOV)和图像分辨率。 

比较仪的工作原理

图2.比较仪的工作原理是将图像放大,然后投影到玻璃或塑料屏幕上,供操作者观察。镜头系统的放大倍率和投影屏的直径决定了投影比较仪的视场范围和图像的分辨率。

        从生产测量的角度来看,操作者通过显微镜和光学比较仪观察到的图像是大有区别的。显微镜目镜显示了一个放大了的视场,操作者可以同时看到全部范围;而光学 投影比较仪的投影屏也显示了一个放大的视场,但是图像覆盖了整个投影屏(直径为14~30英寸),操作者无法同时看到整个视场。 

        虽然操作者可以退后一步,然后看到整个视场的全景,但是这不是投影比较仪的使用方法。操作者需要靠近显示屏,这样他可以对准视场内某一个区域。这点非常重要,当你使用投影比较仪进行光学对比测量时,工件的图像需要与主控图进行直接对比来确定工件是否合格。 

        还有一种光学测量仪器是视频测量系统。这种测量系统的光学设计是从光学比较仪发展过来的,是光学比较仪的一种变体。在该系统中,图像不是投影到观测屏上,而是被摄像机探测器捕捉起来。操作者在显示器上可以放大并观看从摄像机里导出的来的图像。 

        视频测量系统中采用的摄像机取代了光学比较仪的投影屏和显微镜中的目镜。视频测量系统同样可以进行高倍率放大光学检测,但是与另外两个系统相比有一个非常重要的区别,即该系统每次可同时处理多个视场。 
         
        改变测量仪器的放大倍率 

操作者在显示器上可以放大并观看从摄像机里导出的来的图像。

图3.在视频测量系统中,图像不是投影到观测屏上,而是被摄像机探测器捕捉起来。操作者在显示器上可以放大并观看从摄像机里导出的来的图像。

        所有这些光学测量仪器放大图像的原理都与照相机类似。单镜头放大镜的放大率是固定的,这也限制了它的应用范围,比如难以检测需要扩大更多倍数的重要工件细 节。如果测量系统可以增加放大倍数,其应用范围也会得到拓展。要想做到这一点,通常采用三种方式——镜头更换、镜头转台和变焦镜头。 

        光学投影比较仪、显微镜和视频测量系统都可以将镜头设计成可替换的。操作者通常先通过低倍镜头来找到工件上要检测的部位,然后再换高倍镜头对细节进行检 测。这种方式可行,但是效率不高。镜头的频繁更换也会带来损坏和弄脏的风险。此外,更换镜头还需要时间,而且如果工件挡住镜头安装位置的话,镜头也比较难 换。
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