Cовременное тестовое оборудование и технологии
Рус Eng

10-09
2012
Мультисенсорная метрология: новый подход к измерениям

Нина Мамонтова, старший менеджер Службы тестового оборудования

Опубликовано в
«Производство Электроники», № 4 за 2012 год.


Визуально-измерительный контроль считается одним из наиболее эффективных и удобных способов выявления самых различных дефектов. Именно с визуального осмотра обычно начинаются все мероприятия по неразрушающему контролю. Данный вид контроля проводится с использованием специальных оптических систем и позволяет исследовать различные изделия, независимо от материалов, из которых они изготовлены.

Популярность измерительных технологий объясняется и другими причинами. Одна из главных — возможность определить конкретную стадию производственного процесса, во время которой происходит появление дефекта и тем самым обеспечить раннее выявление и диагностику проблемы. В результате производитель сокращает время и расходы, потраченные на изготовление некачественной продукции, исключает брак и сохраняет свою репутацию.

Компания Nikon имеет вековой опыт работы в области оптических технологий и неоднократно подтверждала репутацию лидера в данной сфере. В своих изделиях (от фототехники до микроскопов) компания использует линзы исключительно собственной разработки и производства, что гарантирует превосходные технические характеристики и неизменный спрос на продукцию под брендом Nikon. На сегодняшний день компания имеет целую линейку измерительного оборудования, однако наибольший интерес вызывает новая автоматическая серия видеоизмерительных систем Nexiv.

Ручное или автоматизированное измерение?
В данном вопросе ключевую роль играет соответствие производственных задач заказчика и выбранного средства контроля, которое прямым образом зависит от таких факторов, как размер заготовки, используемых материалов, скорости исследования, повторяемости, требуемой точности и многих других. Однако в большинстве случаев при выборе между ручными и автоматизированными системами измерения критическим фактором является пропускная способность. Для небольших объемов работ ручного измерения может быть вполне достаточно, в то время как быстрое исследование большого количества образцов требует автоматизации.

Именно поэтому специалистами компании Nikon была разработана новая серия автоматизированных видеоизмерительных систем Nexiv, обеспечивающая быстрое и качественное измерение изделий из различных материалов (Рис. 1). Данное решение позволяет в 10 раз увеличить скорость исследования (по сравнению с ручным управлением), при этом исключается влияние человеческого фактора и формируется более эффективная производственная среда. Программное обеспечение, разработанное специально для данной серии систем, также ускоряет и упрощает процесс измерения.

Системы серии Nexiv подходят для пооперационного контроля и могут быть включены в каждую линию между производственными процессами, чтобы исключить попадание дефектных изделий на следующий этап производства. В результате достигается максимальная степень контроля, и инвестиции, вложенные в видеоизмерительные системы Nexiv, в минимальные сроки возвращаются в виде сэкономленных средств и снижения брака. Таким образом, выгода автоматизированного измерения очевидна.

Рис. 1 Примеры изображений, полученных с помощью видеоизмерительных систем Nexiv

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520
Видеоизмерительная система серии iNexiv VMA-2520 (Рис. 2) была специально разработана для исследования объемных образцов в соответствии с требованиями автоматических измерений механических частей, электронных компонентов, литых пластиковых и металлических деталей, медицинских изделий. Оборудование имеет уникальную конструкцию оптической головки, что обеспечивает ход по оси Z 200 мм. Перемещение по осям XY — 250×200 мм.

Рис. 2 Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520

За счет использования алюминиевых сплавов в конструкции системы, продольные наклоны и отклонения от направления, вызванные изменениями температуры, сведены к минимуму. Это, в сочетании с высокой прецизионностью предметного стола iNexiv VMA-2520, повышает точность и количество производимых измерений. Для подключения компьютера к контроллеру используются порты IEEE1394 и USB2.0. К тому же, новые технологии фирмы Nikon по обработке изображения исключают использование карты захвата изображения.

Преимущества iNexiv VMA-2520
• Легкость и точность измерений, оптимизированная для трехмерных деталей
• Компактность
• Большое рабочее расстояние
10-кратный зум, доступный только high-end системам (позволяет работать как с малым, так и с большим увеличением)
• Высокоскоростная точная лазерная автофокусировка Измерение с контактной измерительной головкой Renishaw Комплексное программное обеспечение для автоизмерений VMA
• Возможность создания 3D-модели образца и «сшивания» снимков в единое изображение
• Надежность в использовании, минимальные потребности в обслуживании, длительный период эксплуатации

Новейшая оптическая система увеличения изображения
Специалисты компании Nikon разработали новую оптическую систему, которая охватывает малые увеличения, имеет большое рабочее расстояние и подходит для измерения трёхмерных объектов. Апорохроматический объектив обладает низким уровнем искажений (меньше 0.1%), который обеспечивает длинное рабочее расстояние 73.5 мм на всём диапазоне увеличения. Более того, усовершенствованная светодиодная подсветка повышает контрастность изображения за счёт использования апохроматического объектива для компенсации синих длин волн, излучаемых белыми светодиодами.
Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 поставляется со стандартной пятиступенчатой оптической системой, имеющей 10-кратный коэффициент увеличения, который обеспечивает превосходное разрешение при большом увеличении и широкое поле зрения при малом увеличении. Большая точность позиционирования достигается за счёт устранения люфта в механизме увеличения при использовании пятиступенчатой системы увеличения, что делает её идеальной для выполнения измерений.

Таблица 1. Параметры видеоизмерительной системы iNexiv VMA-2520

Белая светодиодная подсветка для быстрых и высокоточных измерений
В видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 используется белый светодиодный источник света для эпископического и диаскопического освещения и 8-сегментной кольцевой подсветки (Рис. 3). Светодиоды высокой яркости имеют функции постоянного цвета, температуры и уменьшенное мерцание, таким образом, они обеспечивают стабильность точности измерения, в частности при наблюдении цветных изображений. За счет быстрого отклика светодиодов на изменение освещения достигается повышение пропускных измерений.

Рис. 3 Белая светодиодная подсветка

Подобная система освещения может управляться в восьми различных направлениях. Белый светодиод при среднем угле освещения 18° позволяет наблюдать объекты с крайне низкой контрастностью по краю, которые, как правило, не видны под эпископическим освещением. Это делает VMA-2520 наиболее эффективным решением для измерения формы, медицинских приборов и других трёхмерных объектов.

Обе системы освещения используют источник освещения на основе белых светодиодов, которые поддерживают высокую интенсивность света, близкую к галогеновым лампам. Для эпископического освещения, в котором ранее не применялся источник белых светодиодов, VMA-2520 впервые использует интегратор «fly-eye» (сконструирован по принципу глаза мухи), реализуя достаточную числовую апертуру и равномерное освещение для более широкого поля зрения. Диаскопическое освещение использует сетку белых светодиодов в системе задней подсветки.

Мультисенсоры для более высокой скорости и точности измерения высоты
Как и стандартная оптическая автофокусировка, высокоскоростная лазерная АФ, которая обеспечивает длинное рабочее расстояние 63 мм, может быть использована как дополнительная опция. Для лазерной АФ в видеоизмерительной системе iNexiv VMA-2520 применяется бесконтактный датчик, который использует красный полупроводниковый лазер заполняющего цвета и позволяет измерять высоту с субмикронным разрешением. Лазерная АФ обеспечивает быструю и высокоточную фокусировку поверхности исследуемого объекта, независимо от оптического увеличения, делая простыми измерения высоты образца.

Рис. 4 a) Лазерная АФ; б) Система Renishaw ТР-20 с контактной измерительной головкой
в) Система Renishaw ТР-200 и PI-200 интерфейс датчика

Благодаря использованию нового алгоритма и прогрессивной сканирующей CCD-камеры, оптическая АФ обеспечивает большую скорость и точность исследования. Оптическая АФ подходит для различных применений, таких как фокусировка поверхности и краёв образца.

VMA-2520 адаптирована для системы Renishaw TP-20 и TP-200, что делает возможным и контактно-исследовательские измерения. Данная система позволяет определять координаты поверхности и границ в сложных 3D-моделях, где оптическое распознавание невозможно. Единая программа измерений может включать оптическое, лазерное и контактное исследование для реализации мультисенсорной метрологии в общей плоскости координат.

Головка TP-20 — это кинематический сенсорный датчик, состоящий из тела датчика и съемных стилусов, которые могут автоматически меняться на разные конфигурации. Головка TP-200 представляет собой электронный датчик, который использует тензометрическую технологию, обеспечивая более высокую точность, чем кинематический сенсорный датчик. TP-200 состоит из тела датчика, стилусов и интерфейса PI200. Модуль замены стилусов MCR20, настроенный для iNEXIV, также доступен в качестве опции. Модуль MCR предназначен для безопасного хранения различных стилусов, готовых к быстрой автоматической замене.

Усовершенствованный алгоритм обработки изображения
В сочетании с новой технологией обработки изображения фирмы Nikon видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 обеспечивает работу с изображением на самом современном техническом уровне. Цифровое видеоизображение передаётся на порт IEEE1394 ПК через контроллер и обрабатывается до определения границ на уровне субпикселей. Это исключает необходимость использования захвата изображения в управляющем компьютере и обеспечивает высокоскоростные точные наблюдения и измерения. Цветная сканирующая 3CCD-камера также обеспечивает повторяемость измерения поля зрения подобно монохромной камере.

VMA-2520 имеет видеопробник определения границы образца с автоматической функцией «лучшего соответствия». Когда оператор нажимает на точку измерения, система автоматически поворачивает пробники, устанавливая их в оптимальное положение, и устанавливая размер пробника (рис. 6).

Система также обладает функцией определения желаемой границы за счёт устранения пыли и неровностей. Некоторые образцы содержат неровности по краям или их контрастность слишком мала, что создаёт трудности при обнаружении границ. Данная функция графически оптимизирует уровень яркости изображения, позволяя выбрать любую из представленных границ.



Рис. 5, а) Установка пробника оператором в оптимальное положение; б) Установка пробника системой в оптимальное положение

Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 на мировом и отечественном рынках
Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 является новой разработкой Nikon в области метрологии и сочетает в себе передовые решения и технологии. Зарубежные потребители уже в полной мере успели оценить все преимущества данного оборудования, однако на российском рынке система появилась сравнительно недавно. Ее презентация состоялась на стенде ООО «Совтест АТЕ» в начале 2012 года в рамках серии международных выставок «ЭкспоЭлектроника», «ЭкспоКонтроль», «Металлообработка».

В настоящий момент «Совтест АТЕ» является официальным представителем Nikon Metrology (часть корпорации Nikon, специализирующаяся на решениях в области метрологии и неразрушающего контроля). Компания осуществляет поставку, комплексное обслуживание оборудования, включая пуско-наладку, обучение работе с оборудованием, гарантийную и постгарантийную поддержку.

Рис. 6 Видеоизмерительная система iNexiv VMA-2520 на выставке «ЭкспоЭлектроника-2012»


1Линза «fly-eye» состоит из группы мелких линз. Обладает эффектом разделения проходящего света на множество частичных изображений и равномерного их проецирования по всему полю зрения. Результатом является равномерное яркое освещение без снижения интенсивности по краям поля зрения.


Вложение Размер
Мультисенсорная метрология.pdf 1.71 МБ

Получите подробную информацию о технических характеристиках, ценах и условиях поставки оборудования, направив официальный запрос с сайта.
Отправить запрос