数字化垂直测量仪

影像测量仪（又名影像式精密测绘仪）是在测量投影仪的基础上进行的一次质的飞跃，它将工业计量方式从传统的光学投影对位提升到了依托于数位影像时代而产生的计算机屏幕测量。值得一提的是，目前市面上有一种既带数显屏又接计算机的过渡性产品。从严格意义来说，这种仅把电脑用作瞄准工具的设备不是影像测量仪，只能叫做“影像式测量投影仪”或“影像对位式投影仪”。换句话说：影像测量仪是依托于计算机屏幕测量技术和强大的空间几何运算软件而存在的。影像测量仪又分数字化影像测量仪(又名CNC影像仪)与手摇式影像测量仪两种，它们之间的区别主要表现在如下几个方面：一：数字化CNC技术实现了点哪走哪：手摇影像测量仪在测量点A、B两点之间距离的操作是：先摇X、Y方向手柄走位对准A点，在用手操作电脑并点击鼠标确定；然后摇手到B点，重复以上动作确定B点。每次点击鼠标该点的光学尺位移数值读入计算机，当所有点的数值都被读入后计算机自动进行计算并得到测量结果,一切功能与操作都是分离进行的；数字化CNC影像测量仪则不同，它建立在微米级精确数控的硬件与人性化操作软件的基础上，将各种功能彻底集成，从而成为一台真正义上的现代精密仪器。具备无级变速、柔和运动、点哪走哪、电子锁定、同步读数等基本能力；鼠标移动找到你所想要测定的A、B两点后，电脑就已帮你计算测量出结果，并显示图形供校验，图影同步，既使是初学者测量两点之间距离也只需数秒钟。二：数字化技术实现了工件随意放置：手摇式影像测量仪在进行基准测量时，需要摇动工作平台，然后通过认为判断所要求的点。而数字化影像测量仪可以利用软件技术完成空间坐标系旋转和多坐标系之间的复杂换算，被测工件可随意放置，随意建立坐标原点和基准方向并得到测量值，同时在屏幕上呈现出标记，直观地看出坐标方向和测量点，使最为常见的基准距离测量变得十分简便而直观。三： 数字化技术能进行CNC快速测量：手摇式影像测量仪在进行同一工件的批量测量时，需要人工逐一手摇走位，有时一天得摇上数以万计的圈数，仍然只能完成数十个复杂工件的有限测量，工作效率低下。数字化影像测量仪可以通过样品实测、图纸计算、CNC数据导入等方式建立CNC坐标数据，由仪器自动走向一个一个的目标点，完成各种测量操作，从而节省人力，提高效率。数十倍于手摇式影像测量仪的工作能力下，操作人员轻松而高效.如有疑问请登陆www.yr17.net

数字化测量技术是数字化制造技术中的关键技术之一。开发亚微米、纳米级高精度测量仪器，提高环境适应能力，增强鲁棒性，使精密测量装备从计量室进入生产现场，集成、融入加工机床和制造系统，形成先进的数字化闭环制造系统，是当今精密测量技术的发展趋势。 （1）数字化精密测量仪器的新动向——进入生产现场，非接触扫描测量倍受重视 　　三坐标测量机作为精密测量仪器的基本型主导产品，继续在机械制造业中得到重视和发展。以三坐标测量机为代表的精密测量仪器进入车间、服务于生产现场是发展的一个重要趋势。例如，LEITZ公司的精密三坐标测量机在车间用于测量大型齿轮就是一例。将数字化测量系统集成到数控加工机床上是另一个发展趋势。例如，秦川机床厂的CNC成型齿轮磨床集成了在机齿轮测量系统。与光学/激光非接触式扫描测量技术相结合，实现多功能、多种传感器的集成和融合，使坐标测量技术的应用更加丰富，更适用于生产现场。 　　①汽车大型覆盖件的非接触扫描测量精确而快速 　　配备有光学/激光式非接触扫描传感器的水平臂三坐标测量机实现了对汽车大型覆盖件的快速精密检测。德国ZEISS公司和瑞典HEXAGON集团等世界著名三坐标测量机制造厂在该领域进行了开发。瑞典HEXAGON集团所属DEA公司的PRIMA 　　C1系列水平臂测量机在CW43L型连续伺服关节测座上，可配备触发式测头、连续扫描测头、光学或激光扫描测头等多种测头，以适应不同测量环境和任务的要求。德国ZEISS公司的PROR Premium坐标测量机配备有EagleEye导航系统和可控测座，能够在汽车车身大型覆盖件尤其是车身分总成的质量过程控制中，对工件的几何参数、表面和边缘的特征点、间隙和贴合性等实施高速精密测量。 　　②带激光扫描测量系统的便携式柔性关节臂测量机功能增强 　　美国CIMCORE公司推出了配备有先进激光扫描测量系统的关节臂测量机。该仪器采用碳纤维材料制造，重量轻而刚性好，其中INFINITE系列的还具有无线通讯功能。仪器采用PC-DMIS软件，测量功能强。配上管件测量系统附件，还可实现对管件的长度、弯曲度、回弹等多种数据的测量和比较。测量范围为1.2m的仪器点测重复精度达0.010mm，空间精度达0.015mm。用于反求工程时，不仅测量速度快，而且可实现测量过程的实时显示和补漏测量数据的无缝拼接。该仪器可用于三坐标测量、三维造型、产品测绘、反求工程、现场测量以及模具设计制造等涉及到设计、制造、过程检测、在线检测以及产品最终检测等测量工作。美国FARO技术公司的FaroARM系列便携式三坐标测量臂具备类似的技术指标和性能。我国西安爱德华测量机公司2005年也公开展示了自主开发的柔性关节臂测量机的样机。 　　③轴类零件光电非接触测量仪器发展迅速 　　汽车制造业的需求大大推进了轴类精密零件非接触测量技术的发展。瑞士TESA公司的TESA 　　Scan系列轴类零件快速扫描测量仪采用2个线阵CCD组件，通过工件的回转和轴向移动对工件进行投影扫描，可实现对轴类零件位置误差和形状误差的精确检测、对截面形状和轮廓度的评估比较以及统计质量分析，还能对零件的局部（如过渡曲线、微小沟槽等）进行放大测量。由于工件立柱可以倾斜，因而能对螺纹、蜗杆、丝杆等进行全参数精度的精确测量，这是该仪器PLUS系列的一大特色。仪器在直径方向上的分辨力为0.0003mm，精度2+（0.01D） µ m，重复性0.001mm。德国SCHNEIDER的WMM系列轴类及工具测量仪操作简单、测量速度高，特别适用于车间检查站。仪器采用高分辨力的 Matrix摄像头，可以快速获取测量数据。仪器数显分辨力为0.0001mm，长度测量不确定度为E2=（2.0+L/200）µ m（L单位为mm）。 　　④中小尺寸平面类精密零件的二维、三维非接触测量仪器应用广泛 　　带CCD数字摄像头、激光测头、触发测头的多传感测头光学坐标测量仪器得到了快速发展。除德国MAHR公司的MARVISION系列三维光学坐标测量机、瑞士TESA公司的三坐标成像测量系统TESA SIO、德国SCHNEIDER公司的SKM系列3D多测头坐标测量机等典型产品外，美国OGP公司等著名厂商也有相应产品展示。日本三丰公司CNC视像测量系统系列产品中的SV350-pro型测量机采用了自制的超高精度、高分辨力、低膨胀玻璃光栅基准尺，仪器分辨力0.01µ m，X、Y轴测量精度为（0.3+L/1000）µ m，Z轴测量精度为（1+2L/1000）µ m。三丰公司的Hyper 　　MF型测量显微镜的X、Y轴测量精度超过日本标准规定的0级，达±(0.9+3L/1000)µ m，仪器分辨力0.01µ m，是用于精密模具、精密切削刀具以及超小半导体电子元件（如芯片和集成电路等）精密检测的理想选择。国内西安爱德华、东莞万濠、苏州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也开发了类似产品。贵阳新天光电公司近年注重新品开发，2004年成功推出了JX13C图像处理万能工具显微镜，采用金属光栅和高分辨力的CCD摄像头，仪器测量精度达到（1.0+L/100）µ m，采用半导体激光导向快速确定测量位置。JX15A/B型视频测量显微镜同样采用了CCD数字成像技术，将采集到的被测工件图像送入计算机进行处理，进行相应几何精度的检测，产品技术指标和水平上了一个档次。深圳智泰公司VMT系列的3D影像量测仪，在CCD视觉测量系统上配备上高精度触发式测头，实现了多功能测量。 （2）数控机床精度检测用激光测量技术的新进展 　　为确保数控切削加工的质量，除了在加工过程中和加工完成后对数控切削加工系统（包括工件在内）进行可行的监控检测外，在加工前对数控机床的精度和性能进行检测，以便确切了解掌握机床质量现状，进而进行必要的调整补偿，使其达到最佳运行性能，是一项非常重要的质量控制措施。 　　众所周知，国外著名厂商Renishaw、API及HP等公司生产的激光干涉仪测量系统和球杆仪等在数控机床的几何精度和运动精度的检测和监控中，无论在机床制造厂还是机床使用厂，都得到了广泛的应用。Renishaw公司的金牌M10激光干涉测量系统，配备了高精度、高灵敏度的温度、气压、湿度传感器及EC10环境补偿装置，在工作环境下测量精度得到进一步提高；API公司的Rmtea六维激光测量系统可同时测量6个数控机床精度项目的误差，缩短了检测时间，为生产现场数控机床的检测和诊断提供了更为快速高效的精密测量手段。成都工具研究所的MJS系列双频激光干涉仪，分辨力0.01µ m，测量软件覆盖了我国和世界主要工业国的数控机床精度标准评定方法和指标，动态采样功能可用于自动补偿。 　　美国光动（Optodyne）公司近年推出的基于体对角线的激光矢量测量技术是快速测量和补偿数控机床、加工中心三维空间位置误差的一个新途径。该技术由美国光动公司发明并获得专利，它遵循了ASME B5.54 　　（1）和ISO0230-6（2）机床测量标准中对体对角线误差测量的要求。对于构成（X，Y，Z）直角坐标系的三轴机床的21项几何误差，采用传统激光干涉仪等来进行检测相当费时。基于分步体对角线矢量测量原理，光动公司采用专利的激光多普勒位移测量仪，借助大平面反射镜完成四条对角线空间位置误差的测量，获得12组数据。通过计算确定机床12项基本误差（3项位移误差，6项直线度误差和3项垂直度误差），最终得到数控机床三维空间位置（定位）误差。该公司曾介绍了在加工中心上进行实际测量和补偿的应用实例，借此表明该测量新技术在数控加工机床的精度检测和精度补偿上的可行性。对该项测量技术的认识、推广应用的实际效果和前景值得行业关注。 结束语 　　数字化制造技术是先进制造技术的基础。在数字化制造技术的基础上，通过计算机技术、通讯技术将数控机床、数控刀具、数控测量仪器和加工对象（工件）以及相应的信息集成融合在一起，构成了的一个数字化闭环切削加工系统。可以认为这是CIMS理念中的一种具体实施形式。CIMS应该具有多样性，即具有不同水平和不同层次。从近年数控刀具闭环制造系统和圆柱齿轮、锥齿轮制造闭环系统的发展，可以得到启示：应结合实际，大处着眼，小处着手。专项（产品）数字化闭环制造系统也许是当前CIMS领域的一条切实可行的发展途径。 　　要提高我国机床工具行业的技术水平，增强竞争力，根本途径就是提高自主创新能力，发展具有自主知识产权的产品和技术。从近几届我国举办的国际机床展览会来看，我国精密工具行业的创新意识不断加强，创新能力不断提高，创新技术成果和产品不断出现。但是，我国精密工具制造行业的发展相比于我国机床制造行业数控机床的发展，无论在规模上还是技术先进程度上都差距较大，远远不能满足和适应先进制造行业如轿车制造业、航空航天制造业、微电子制造业等的需求。工具行业需要紧跟机床制造行业，加强合作，加快发展。

基于计算机的测量仪器具有很大的灵活性，应用因而日益普及。通过控制仪器功能，可以开发满足特殊要求的测量系统。对任何测量系统来说，成本是第一个考虑因素。开发一个基于计算机的测量仪器的费用常常比购买一个独立的台式仪器要便宜几倍。这是由于硬件成本较低、软件可重复使用，且一个测试仪器常常可代替若干独立的测量仪器的缘故。 基于计算机的测量仪器与计算机行业联系紧密，它们得益于计算机技术的进步，这包括开放的通信标准、网络服务器和在仪器和桌面应用之间进行电子制表和字处理的简单界面。这些测量仪器也因计算机性能的稳定及价格的降低而获益，从而使基于计算机的测量仪器在没有加价的条件下性能得到持续的提高。 采用校准实现精确测量 大部分测量仪器以精度表的形式提供有关某一测量仪器的测量线路精确性的信息。精度规范表有助于确定测量仪器总的不确定性，然而，这些精确规范仅适用于被成功校准的电路板，因此，你必须在测量调整前后均要运用这些规范来验证板的工作。 测量仪器准确测量物理量变化的能力是按照一定的因子变化的。使用寿命、温度、湿度和暴露在外部环境的情况及误用都会影响测量的准确性。通过对所得测试结果与己知标准进行比较，校准将测量的不确定性进行了量化。它要验证测量仪器是否工作在规定的指标范围内。如果仪器的测量值超过了所公布的不确定性，那么就要调整测量电路以使之符合业已公布的规范。 经过一段时间，用户要对传统的测量仪器进行校准，基于计算机的测量仪器也一样需要校准。用户应当选择具备内部校准(也称自动校准)和外部校准工具的的基于计算机的测试仪器。 内部校准 如果你使用了如示波器这样的仪器，那时你已经完成了内部校准。事实上，当你改变垂直范围设置的时候，大部分示波器已完成了内部校准。基本上仪器将高精确度和板上电压源进行数字化，并将其读数与己知值相比较，然后将校准因子保存在仪器自身携带的电可擦除只读存储器中，这个自身携带的板上电压源也被校准为如NIST之类的大家所知的标准，进行内部校准的主要目的是补偿工作坏境的变化、内部校准温度的变化和可能影响测量的其它因素。 同传统的测量仪器一样，基于计算机的测量仪器应当支持内部校准。基于计算机的测量仪器的内部校准由调用校准测量电路的软件功能来启动。由于测量可立刻进行，并且无须等待这个内部校准无论何时调整垂直范围，因而由软件控制的内部校准技术可节省测试时间。 基于计算机的测量仪器被安装在桌面计算机、PXI/CompactPCI机箱，或VXI/VME 机箱这样的环境中，因为基于计算机测量仪器被安装于多种不同的计算机环境当中，设计人员应当记住基于计算机的测量仪器会受到电磁干扰和电源电压的变化的影响，还要在宽的温度范围下工作。传统的测量仪器由于同个人电脑的集成日益紧密，也面临类似的挑战。 消除电磁干扰的最基本的方案包括：将数字和模拟信号的地平面分开、对电源信号的进行局部过滤、对敏感元件进行屏蔽。为了补偿电压源的变化，可以采用DC-DC转换器提升电源电压，采用电压调节器控制板上电源的电压，采用大电容消除板上电源的谐波。可以采用板上温度传感器和内部校准来完成在操作环境下不同温度的校准。关于上述设计技术的资料，可查询NI网站上一篇题为“以基于PC的数据采集硬件来进行精确测量”的白皮书。