测控技术与仪器专业导论 王庆有第7章2.ppt

7.2 快速测量技术 传统检测方式已远远满足不了现代计量检测行业的发展，需要越来越多采用光、机、电、算和网络技术装备就来检测仪器与设备，提高综合检测技术与手段。在装配、组装过程与装配线上采用光、机、电技术，实现现场在线快速自动化检测，是未来计量检测的发展方向，既追求快速、精准、有效的检测。 7.2.1 快速测量技术概述 随着制造厂商对自动化程度的提高，制造业生产线开始趋向个性化，单一检测数据的仪器组成的，检测环节需要投入大量的人力物力，不适应快速检测。应用了先进的激光技术、虚拟仪器技术、机器视觉技术、电子软件技术等快速测量技术仪器，科技含量非常高，它的出现使得原本一件非常繁琐、复杂的工作，变得可靠和高效。目前，这一技术已经开始在国防和军工企业、汽车制造业、光伏产业、高铁等领域广泛使用，市场前景非常广阔。 7.2.2 快速测量方法 机器视觉测量方法：机器视觉是为机器安装“眼睛”与“大脑”，使机器能够获得所摄物体形状、颜色、尺寸与状态等信息，并完成各种智能操作的技术。就是用机器代替人眼来做测量和判断。可提高生产的产品质量和生产线自动化程度。尤其是在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人眼难以满足要求的场合，需采用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。 如图7.2-1显示了一个典型的工业机器视觉应用系统。机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。 图7.2-1 典型的工业机器视觉应用系统 一种异色羽绒自动分选系统，其原理如图7.2-2所示。该系统是机器视觉在纺织行业中的应用实例。在纺织业中，视觉检测是质量控制的主要组成部分。传统的检测是通过人工来完成的，因此，效率和质量都不高。用机器视觉代替人的视觉可以克服人工检测所造成的各种误差，因而可大大提高检测效率和精度。 图7.2-2 异色羽绒自动分选系统的原理图 7.3 非接触测量技术 随着现代技术的发展，工业的生产效率也越来越高。测量技术也要求高效、准确和无损伤。传统的游标卡尺、千分尺等接触式量具效率低下、稳定性不高，而且由于量具直接接触工件表面，不可避免会对工件或者量具造成损伤。非接触测量技术应运而生。经过长时间的发展，非接触测量技术的种类越来越多，主要以光电、电磁、超声波技术为基础，出现了核磁共振法、结构光法、激光三角法、激光测距法、干涉测量法、超声波测距法、图像分析法等各种各样的光学法及非光学法的非接触测量技术。 7.3.1 非接触测量技术概述 物体的测量主要包括接触式和非接触式两大类。测量机理包括有光、机、电、磁、声等。接触式测量的典型代表是三坐标测量机，这种测量方式以精密机械为基础，综合应用光学、电子学、计算机和数控等先进技术，测量精度高达微米级，是迄今为止最具通用性的传统坐标测量方法。但是，该方法始终存在着一些无法克服的弊端，例如：它采用点接触的测量方式，不适合柔软物体的测量，尤其不适用于那些测头不宜接触的表面；测量速度慢，效率低，需要补充测头直径信息；对于较复杂的曲面，特别是组合曲面，自动跟踪存在一定困难，且可靠性较低；测量机的结构复杂，对工作环境要求较高，应用范围受到很大限制。总体来看，接触式测量已经难以满足快速准确的测量需求。 非接触式测量技术是随着近年来光学和电子元件的广泛应用而发展起来的，其测量基于光学原理，具有高效率、无破坏性、工作距离大等特点，可以对物体行静态或动态的测量。非接触测量技术可以很好的克服接触式测量技术的不足，对于各种测量目标都可以提供高灵敏度、高精度、高效率的数据采集，从而实现对被测物各种参数的非接触测量。它不会造成被测物表面的划伤或损坏，对各种材料制成的工件均可实现测量。非接触测量的最大优点是被测物在加工过程中便可对其进行测量，即在线实时测量，从而实现对加工过程的控制，降低废品率，可大大减少检测时间，提高生产效率，这是接触式测量所无法比拟的。 7.3.2 非接触测量方法 非接触式测量方法分为非光学和光学两大类，光学非接触式测量是非接触式测量中主要采用的方法。 1．非光学测量方法 （1）声学测量法 声学测量法主要用于测距，其中超声波测距技术应用比较广泛。超声波是指频率高于20HZ的机械波。为了以超声波为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。要求使用高频声学换能器，来进行超声波的发射和接受。 （2）磁学测量法 磁学测量法是通过测试物体所在特定空间内的磁场分布情况，来完成对物体外部或者内部参数的测量。核磁共振成像技术是磁学测量法的代表技术，其原理是：利用核磁共振原理，在主磁场附加梯度磁场，用特定的电磁波照射放入磁场的