借助光学直线度测量装置,可在机械和工厂工程领域通过相机提供零部件直线度和平面度测量。

利用光线进行测量

对准和测量系统借助IDS工业相机,在机械工程领域实现精确快速的直线度和平面度测量

直线度和对准度对于工厂无故障运作,尤其是大型机器零部件和导轨结构至关重要。即使是很小的误差也会导致磨损痕迹增加,并使整个系统瘫痪。因此,如直线导轨等的精确对准或测量对于系统的质量和使用寿命起决定性作用。为此,位于慕尼黑的HOFBAUER OPTIK Mess- & Prüftechnik公司为各种设备和特殊设备制造商研发了一种光学对准和测量系统,即ELWI-GER 3000。借助IDS uEye工业相机,ELWI-GER 3000可精确快速地测量,工作距离最远可达100m。

應用

电子自动准直仪在非接触式高精度测量中借助光的绝对直线度进行测量。表面或导轨的最小直线度误差可以通过角度变化来检测。为此,平行光束(即使用形成一束平行光束的照明组件)离开光学系统并被平面镜反射回去。因此,借助HOFBAUER OPTIK的ELWI-GER 3000电子自动准直仪,可以精确快速地测量二维的直线度和平面度。这套灵活系统可用于技术表面,对直线导轨进行对准和控制,并对大型零部件和导轨系统进行曲率测量。因此,它既适用于工厂,又适用于轨道和隧道施工。它也可以作为直线度标准,用于测试石材直角尺等任务。例如,可以在不到5分钟的时间内,以小于0.5µm/m的精度,测量长度为160 cm的花岗岩直角尺。光学测试设备可同时记录X和Y轴方向的直线度,并可在任何位置(空间轴)使用。该系统包括测量头以及各种配件,如可调节的支架、测量镜、激光器附加装置以及与显示装置连接的对应USB接口。但它体积小巧紧凑,在电池模式下工作时间长达8小时,非常适合服务应用。

该系统由配备直观触摸屏的平板电脑直接控制。该平板电脑坚固耐用、防护等级达IP65且非常实用。测量系统的数据传输和远程控制也可以通过智能手机完成。无需额外的PC即可直接评估直线度。每次测量后,具有文档跟踪功能的自动协议会生成一份PDF格式的报告。

借助相机技术实现快速精确的测量

“借助ELWI-GER 3000,我们不断地研发机械工程领域的精密测量技术。IDS Imaging Development Systems的集成uEye工业相机功不可没。”HOFBAUER OPTIK Mess- & Prüftechnik公司的所有者兼开发经理Engelbert Hofbauer博士说道。

该系统可在单色LED灯中通过图像边缘的阴影,捕捉十字瞄准线或渐晕光阑。这些结果是根据直径相同的两个圆形区域的相关函数,通过数学计算方法得出。如上所述,后者反过来又是在自动对准过程中,通过反射远距离镜子中发射出的光锥而形成。图像或相机上的强度分布会形成规则的圆锥体,因此在不同的应用中也可以看见几个所谓的V点。V点的精确位置是以亚像素精度(<1/50的像素峰谷和1/100的均方差)进行计算。据此确定了多达3个维度(自由度)的相应角度,同时确定了多达3个位置自由度的相应角度。

凭借已获得专利的渐晕方法,Hofbauer成为全球唯一一家克服传统自动对准方法弊端的公司。即使是非常大的角度(1000秒= 17mm/m),也能以角秒精度测量超过100m的长度,并根据倾斜方法对其进行评估。

测量技术

用户可以使用两种可能的测量方法:利用倾斜法,将反射镜底座上或直线导轨导轮架上的测量镜以同样大的步长引导到试样上,并测量倾斜度的变化。通过部分截面已确定的高度差的总和,确定并显示直线度。通过这种方法,可以最低的测量不确定性实现最高精度。根据应用,也可以使用高度法进行测量。反射镜也可以通过合适的基座连接,或者连接到直线导轨或可移动轴(机床工作台、横梁等),并可放置在轨道上的任何位置。与理想直线(光轴)的偏差可立即并直接测量和显示。优势:可直接进行调整。

相机型号

根据客户的实际应用情况,ELWIMAT-GER 3000包含一台uEye系列的工业相机。外壳或板级相机各种型号都配备GigE或USB 3.1 Gen 1接口。无论是低成本的工业相机还是紧凑的供电装置,操作都非常简单,并且拥有超长的使用寿命。所有型号均经过100%质量测试和预先校准。凭借多种IDS软件和典型的IDS即插即用功能,可以快速轻松地将它们集成在一起,因此非常节省成本。

例如,UI-3272LE-M-VU是uEye LE USB 3.1 Gen 1系列中的一款性价比高且功能多样的工业相机,并且配备新型可反插的USB Type-C连接器。借助USB供电,用户可在I/O端口提供可变外部电源。它配备Sony IMX265区域传感器,这是300万像素级别中最优质的图像传感器之一。1/1.8英寸的全局快门CMOS传感器支持多种镜头。工业相机在全分辨率下可实现高达57fps的帧率(320万像素:2056 x 1542px),在全高清分辨率下可实现80 fps的帧率。因此,USB 3.1 Gen 1相机非常适合用于机器视觉应用中的可视化任务。ELWIMAT中的板级相机(-VU)配备垂直或水平USB Type-C连接器,以及用于GPIO接口、触发和闪光的10-pin I/O SMD连接器。

借助快速的USB 3.1 Gen 1技术,在相同甚至更长的电缆长度下,数据传输速率可以从480 MBit/s提升至5 GBit/s。全屏模式下的测量帧率从12fps增至57 fps,提升了5倍。对于振动和频率分析中的特殊应用,可以利用AOI技术以及子抽点和像素融合法将时钟频率扩展到KHz的范围。

 

软件

Hofbauer使用IDS软件开发工具包将工业相机集成到其系统中。“借助IDS软件开发工具包,我们可以为所有IDS相机提供统一的编程接口。因此,无论是USB 2、USB 3.1 Gen 1还是GigE相机,编程均与型号无关。”Hofbauer博士还补充道:“此外,无需另外安装软件即可支持新的相机型号。这完全符合我们的目标,既满足了对测量技术的最高要求,又便于用户操作。” 此外,我们之所以使用IDS软件,也是因为EEPROM和GPIO等附加功能易于使用。这款软件开发工具包还与Windows和Linux操作系统兼容。

展望

直线度和对准度对于机械和工厂工程领域至关重要。ELWI-GER 3000可对各种应用进行简单的结果测量、调整和记录。甚至可以测量角度的最小变化。与竞争对手相比,它在直线度测量方面的测量长度超过100m,且精度达每米0.5 μm,即每100m的测量距离精度为0.05 mm。其灵活性和移动应用的特点,加上配件种类广泛,使客户能真正从中受益。该系统由IDS的工业相机提供支持,并且仅凭借光线,就能提供非接触式测量。

1) GigE uEye CP工业相机: 用于支持千兆以太网供电(PoE)的工业应用的微型电源组

2) GigE uEye LE板级工业相机: CMOS板级相机,外型小巧,图像质量出色,功能丰富

3) uEye LE USB 3.1 Gen 1: 具备USB Type-C连接器和USB功率输出的高性价比、用途广泛的工业相机

Hofbauer