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      蔡司三坐標接觸式測頭與光學測頭的區別

      時間:2021-08-10    來源:思誠資源    編輯:Anduin
      近年來流行著一些帶有誤導性的宣傳,導致部分用戶對光學掃描測頭有過高的期待,例如“用光學測頭一掃,零件的所有尺寸都出來了”等等,這對光學測頭實際上存在很大的誤解。從目前的狀態來說,接觸式與光學測頭之間主要是相互補充的關系,而非競爭。 那接觸式和光學測頭究竟在哪些方面可以實現互補呢?這一點還需從光學測頭的種類說起。三維光學測頭有不同的分類,比如點光源、線光源、面光源,不同的測頭其應用場合有顯著區別。我們將光學測頭的應用大致分成兩類:表面數字化和三維測量。有人不禁會有疑問:表面數字化和三維測量不是一回事嗎?其實,區分兩種應用的關鍵在于是否生成數字表面模型 (Digital Surface Model),也就是我們常說的點云或是三角網格。當然在很多實際應用當中,生成的數字表面模型后續也會用于表面或特征元素測量,但這種測量模式是基于數字化后的零件模型,與傳統的直接測量特征元素還是有根本區別。

      蔡司三坐標接觸式測頭與光學測頭的區別

      對于表面數字化,其目的是要獲取零件表面輪廓,這就需要大量獲取輪廓的空間點坐標。而對于接觸式測頭來說,一個一個點逐次獲取的方式是無法勝任百萬數量級點數的要求的,哪怕是連續掃描測頭,也只是通過測頭不離開零件表面的方式來提高取點速度,本質上還是單點采集。這類應用當中,線光源和面光源測頭就很好彌補了接觸式測頭的不足,線掃描測頭通過一條由若干點的激光在工件表面移動,即可掃描出一片區域;而面拍照測頭則是通過一組編碼的光線柵格,一次性獲取一個特定大小區域內的點云。 在得到了數字化表面模型后,用戶可以把數據用于各種目的,比如和CAD模型做對比,獲取零件整體/局部輪廓的偏差,三維尺寸測量或者逆向工程等等。但是這種測量方式用于尺寸與行為公差測量時,通常無法符合測量工藝流程的要求(如建立測量基準、選擇元素擬合方法、選取評價參考等等)。但是,有的零件或出于零件特殊性,如軟性材質、不允許接觸的表面、微小特征等,或出于測量效率的要求,確實需要非接觸式測量。對于此類應用,點光源測頭也很好彌補了接觸式測頭的不足。 其實,光學測頭相比接觸式測頭還有另一方面的優勢。接觸式測頭采點時,測頭記錄的是測球中心的空間坐標,然后根據測球半徑來進行補償,得出實際點的坐標。但當測量特定位置的三維曲線時,如果不按照測點的法線方向去采點,會存在半徑補償余弦誤差;而如果按照測點的法線方向去采點,又會產生實際測點位置出現偏差的情況。這種情形在測量透平葉片時尤為常見。

      ▲ 接觸式測頭采點

      非接觸式光學測頭直接利用光點的反射信號來獲取被測點的坐標,不存在半徑補償的環節,因此能夠完全杜絕余弦誤差產生的源頭。再者,在測量易變性零件時,雖然測力不大,但零件還是會在力的作用下造成一定變形(例如下圖中的薄葉片,測量頂部截面時,葉盆時葉片受到測力影響朝葉背方向彎曲,反之亦然)。雖然彎曲變形量不大,但是考慮到葉片本身極薄,其相對變形量還是非??捎^的,會對得出的輪廓度與位置度都造成非常大的影響。

      ▲ 彎曲變形

      除點測頭以外,面光源拍照式測頭也能具備三維測量能力,但是拍照式測頭在用作三維測量時,并不是基于獲得的點云來進行的,而是直接依靠捕捉的三維圖像提取被測元素。而且,當拍照式測頭用于三維測量時并不單獨使用,而是配合接觸式測頭一起,由接觸式測頭負責建立測量基準,而拍照式測頭則是針對一些特殊元素特征(例如孔、槽等)進行測量。 光學測頭雖然有一些接觸式測頭無法提供的優勢,但并無法完全替代接觸式測頭,其原因在于光線的可觸及性不如接觸式測頭。測球的各個部位都可以去接觸被測物體來采點,但光的傳播是沿直線的,我們無法讓光“轉彎”,必然有一些特征讓光線力所不能及,比如徑深比很小的孔、或是需要L型測針的場合,接觸式測頭比光學測頭更方便。

      沒有最好的測頭,更沒有萬能的測頭,究竟怎么選擇最終還是取決于測量需求。在繁多的測頭種類面前,應該不只是以預算為導向,也不一定要追求全能型的測頭,找到真正合適的產品,才能既快又好地做好質量控制。

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