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1譯文：激光測(cè)徑儀的發(fā)展Daisuke Knono測(cè)徑儀大至分激光掃描測(cè)徑儀，CCD 投影測(cè)徑儀，激光衍射測(cè)徑儀，其中前兩者都屬光學(xué)的幾何原理，后者為利用光學(xué)的波動(dòng)原理。CCD 投影測(cè)量徑儀，由于電機(jī)速度畢竟有限，而且掃描的平行光帶不太容易保證，再加上現(xiàn)在平行光管與 CCD 的技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多企業(yè)開(kāi)始采用 CCD成像法測(cè)量直徑，在國(guó)內(nèi)以上海歐勒在這方面做得較早，其光源采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光，抗干擾較強(qiáng)，由于少了許多機(jī)械件，所以設(shè)備較穩(wěn)定可靠，但 CCD成像受相素的制約，在精度上不太容易拓展，特別是大直徑的物體測(cè)量，但又不能太細(xì)，太細(xì)會(huì)有掃描測(cè)徑儀相同的問(wèn)題。激光衍射測(cè)徑儀，利用衍射原理測(cè)量細(xì)線的直徑，此技術(shù)與前兩項(xiàng)剛好相反，只適用于測(cè)小直徑的細(xì)絲，而且越細(xì)越好，因?yàn)榇思夹g(shù)是利用衍射原理，理論只有當(dāng)波長(zhǎng)與被測(cè)物相近或大于被測(cè)長(zhǎng)物時(shí)衍射最明顯。據(jù)網(wǎng)上查詢，目前輝煌在這方面處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品在測(cè)量 5um 到 300um 的細(xì)絲是沒(méi)問(wèn)題的，根據(jù)其廣告宣傳最大可以測(cè)量到 500um。其精度由于限于標(biāo)準(zhǔn)樣件和測(cè)試環(huán)境的影響，現(xiàn)在只有 0.2um 左右，但其重復(fù)精度相當(dāng)高，這是細(xì)絲測(cè)徑儀的一個(gè)發(fā)展方向。在大直徑測(cè)量方面， 據(jù)廣告資料顯示，現(xiàn)在市場(chǎng)上明銳做的測(cè)徑儀最大已經(jīng)可以測(cè)量 400mm，而真尚有測(cè)徑儀通過(guò)多傳感器協(xié)同工作也可測(cè)直徑高達(dá)500mm，上海共久電氣有限公司測(cè)徑儀通過(guò)雙光路邊緣測(cè)量原理，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1600mm 最大外徑測(cè)量，并以在大型管道行業(yè)投入應(yīng)用。大直徑測(cè)量主要有兩個(gè)方向，一個(gè)是通過(guò)雙鏡頭實(shí)現(xiàn)，但這樣會(huì)犧牲一些小直徑的測(cè)量范圍，另一種是通過(guò)單鏡片實(shí)現(xiàn)，但這樣對(duì)鏡頭的加工難度和質(zhì)量保證及成本控制上提出較大要求。2測(cè)量原理目前，國(guó)內(nèi)比較常用的兩種非接觸測(cè)量方法，一種是基于 CCD 器件接收光信號(hào)的測(cè)量方法，另一種是激光掃描測(cè)量方法。兩種方法各有各的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)，下面讓我們來(lái)看看他們的基本工作原理。第一種測(cè)量原理：CCD 尺寸測(cè)量CCD 尺寸測(cè)量系統(tǒng)基本都由 CCD 像傳感器、光學(xué)系統(tǒng)、微機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)組成，我們先來(lái)看一下采用 CCD 測(cè)量的基本原理：線陣 CCD 平行光法進(jìn)行非接觸測(cè)量的基本原理：將線陣 CCD 置于平行光路，被測(cè)物放于 CCD 前方光路中，射向 CCD 的光就被物體擋住一部分，因此 CCD 輸出的信號(hào)就有一個(gè)凹口。顯然，凹口的寬度與物體的尺寸有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，我們利用數(shù)字電路設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)處理就很容易的得到凹口對(duì)應(yīng)的 CCD 像元數(shù)，從而計(jì)算出被測(cè)物體的尺寸。但是我們也很容易的發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：這種測(cè)量方法要求 CCD 光敏區(qū)的長(zhǎng)度大于被測(cè)物體的尺寸，而大尺寸的 CCD 特別昂貴，所以必須通過(guò)其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光的接收。CCD 尺寸測(cè)量基本原理顯然 CCD 接收法它具有一些獨(dú)特的一般機(jī)械式、光學(xué)式、電磁式測(cè)量?jī)x無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這與 CCD 本身的自掃描高分辨率高靈敏度結(jié)構(gòu)緊湊位置準(zhǔn)確的特性密切相關(guān)，其中關(guān)鍵的技術(shù)就是光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和 CCD 輸出視頻信號(hào)的采集與處理，但是也存在著很多常見(jiàn)的問(wèn)題，諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)。下面讓我們來(lái)看一下，CCD 測(cè)量的方法有哪些缺點(diǎn)：(1)采用 CCD 接收然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法，測(cè)量的精度受限于 CCD 像元的大小!我們知道 CCD 像元不管哪個(gè)部位接收到光，都會(huì)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，從而制約了 CCD 測(cè)量方法的測(cè)量精度。當(dāng)然我們也可以采用盡量小的 CCD 像元，使它的測(cè)量誤差盡量減小。但我們也知道，CCD 的像元越小，CCD的成本就越高，這是一個(gè)沒(méi)辦法回避的矛。(2)同時(shí)，由于我們知道，CCD 光敏區(qū)一般為 28mm，這就直接限制了被測(cè)物體的大小，系統(tǒng)的型號(hào)受限。3(3)衍射，我們知道衍射在精密測(cè)量中是無(wú)法回避的問(wèn)題。而在這里我們的CCD 像元不是連續(xù)的，是一個(gè)一個(gè)像元互相緊密排列組成的，而由于衍射造成的光的傳播不是直線的，結(jié)果就很容易出現(xiàn)很大的誤差。第二種測(cè)量原理：激光掃描測(cè)量激光掃描測(cè)徑儀系統(tǒng)采用激光器發(fā)出的光束通過(guò)多面體掃描轉(zhuǎn)鏡和掃描光學(xué)系統(tǒng)后，形成與光軸平行的連續(xù)高速掃描光束，對(duì)被置于測(cè)量區(qū)域的的工件進(jìn)行高速掃描，并由放在工件對(duì)面的光電接收器接收，投射到光電光電接收器上的光線在光束掃描工件時(shí)被遮斷，所以通過(guò)分析光電接受器輸出的信號(hào)，可獲得與工件直徑有關(guān)系的數(shù)據(jù)。為保證測(cè)量的高精度以及可靠性，光掃描計(jì)量系統(tǒng)必須滿足以下三點(diǎn)基本要求：(1)激光束應(yīng)垂直照射被測(cè)物體表面；(2)光束必須對(duì)物體表面做勻速直線掃描運(yùn)動(dòng)；(3)掃描時(shí)間必須測(cè)的很準(zhǔn)確。而在現(xiàn)實(shí)情況下，掃描速度并不是常數(shù)，而是隨掃描轉(zhuǎn)鏡的角位移的變化而變化，這樣就會(huì)產(chǎn)生原理誤差。綜上所述，我們可以看出，使用 CCD 進(jìn)行測(cè)量的這種方法有它的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有它自己無(wú)法克服的缺點(diǎn)。再看利用激光掃描測(cè)量直徑的方法，雖然會(huì)出現(xiàn)如掃描速度達(dá)不到均勻而產(chǎn)生的原理誤差，但是我們可以利用算法的不同降低這部分誤差。