Molto più che misuratori laser

Fonte immagine: Novacam

I misuratori di triangolazione basati sul laser sono in circolazione e ampiamente utilizzati da oltre 50 anni e molti utenti li considerano come articoli di base. I laminatoi utilizzano misuratori laser per controllare la planarità della lamiera laminata, le fonderie li utilizzano per misurare l'altezza del metallo fuso e i produttori di automobili li utilizzano per verificare l'idoneità e la finitura delle automobili. I prezzi sono scesi nel corso degli anni e le capacità sono migliorate. Effettuare misurazioni fino a un millesimo di pollice su diversi pollici di portata può essere ottenuto per poche centinaia di dollari, mentre sensori a lungo raggio e altamente robusti costano solo un po' di più. Questi sensori offrono elevata affidabilità e robustezza, ma presentano alcuni problemi persistenti come il rumore “macchia laser” riscontrato su superfici ruvide e trame variabili che rappresentano ancora alcune sfide.

Negli ultimi 10-20 anni sono stati introdotti sul mercato nuovi sensori ottici che offrono nuove funzionalità come capacità submicrometriche per la misurazione di piccole parti di precisione e funzionalità di misurazione della superficie in linea, precedentemente possibili solo con strumenti a stilo di precisione non realmente compatibili con l’ambiente di produzione in-process. Questi strumenti più recenti includono:

Esistono molteplici fornitori di questi strumenti e, naturalmente, ci sono sempre nuove varianti in fase di sviluppo. In questo articolo esamineremo come funzionano questi nuovi sensori ottici e come potrebbero essere utilizzati per soddisfare le esigenze critiche di qualificazione delle parti e controllo di processo nelle applicazioni di produzione di precisione.

La profondità di messa a fuoco (DFF) utilizza un effetto spesso visto in fotografia. Una fotocamera può ottenere un'immagine nitida a una certa distanza, ma gli elementi più vicini o più lontani potrebbero essere fuori fuoco. Scattando un numero maggiore di immagini con diverse impostazioni di messa a fuoco e cercando le caratteristiche in base alla chiarezza per ciascuna impostazione di messa a fuoco, l'utente può creare una mappa dell'intervallo per ciascun punto dell'immagine che è nitidamente a fuoco ad una certa distanza focale. [1] Alcuni sistemi di microscopio utilizzano questo approccio per definire le regioni all'interno di ciascuna immagine che sono meglio focalizzate e quindi combinano tali regioni per creare un'unica immagine a fuoco. Un'applicazione di questo strumento è stata l'ispezione dei circuiti integrati per verificare il posizionamento delle parti e delle saldature.

Un modo diverso di considerare la nitidezza della messa a fuoco rispetto all'utilizzo solo di ciò che è a fuoco è utilizzare un modello dell'immagine ottica e la quantità di sfocatura sfocata in ciascun punto lontano da qualsiasi piano di messa a fuoco per stimare la distanza di una particolare caratteristica dell'immagine da un punto focale. migliore immagine di messa a fuoco. La profondità di sfocatura ha il potenziale per creare una mappa continua di tutti i punti di distanza su un soggetto, con molti meno piani dell'immagine rispetto ai metodi di profondità di sfocatura.

Entrambi gli approcci devono comunque soddisfare il presupposto di qualcosa su cui concentrarsi ovunque si misuri. Ma invece di interpolare tra i migliori punti di intervallo dell'immagine di messa a fuoco utilizzando la profondità dalla messa a fuoco, è possibile utilizzare la quantità e la natura della sfocatura di bordi e caratteristiche per determinare analiticamente la gamma in corrispondenza di ciascuna caratteristica.

Entrambi questi metodi sono stati utilizzati per la mappatura di piccole parti come componenti elettronici, mappatura di utensili da taglio e filettature delle viti, nonché, in una certa misura, per misurare la finitura superficiale delle parti metalliche lavorate. Il limite nella misurazione della finitura superficiale con metodi basati sulla messa a fuoco viene raggiunto quando la struttura è inferiore alla risoluzione ottica della lente, che per un piccolo campo di pochi decimi di pollice (pochi millimetri) potrebbe essere 20 milionesimi di pollice (0,5 micron). Al di sotto di un certo livello pratico, il metodo ottico non può vedere nulla su cui concentrarsi. Ma per le superfici misurabili, è possibile ottenere una misurazione in pochi secondi su parti e aree di pochi pollici e livelli inferiori al decimo di mil (1-2 micron).

I metodi confocali sono utilizzati da molto tempo in biologia per misurare la struttura cellulare. I vecchi microscopi confocali erano strettamente strumenti da laboratorio che funzionavano in modo molto simile al metodo della profondità di messa a fuoco, ma con una svolta in più sotto forma di un filtro ottico che blocca semplicemente la luce proveniente da qualsiasi punto non a fuoco. Si tratta in genere di misurazioni basate su punti piuttosto che di misurazioni di aree come sopra, ma sono disponibili anche come misurazioni di linee. La svolta aggiunta negli ultimi anni è stata l’uso di un effetto di messa a fuoco cromatico o “colore” in cui diversi colori di luce si concentrano a distanze diverse. [2] In questo modo, un dispositivo di smistamento del colore (come uno spettrometro) può determinare rapidamente l'intervallo di ciascun punto senza la necessità di scansionare meccanicamente il sensore in profondità come funzionava il vecchio design confocale. Ciò consente misurazioni più veloci (migliaia di punti al secondo) all'interno di un intervallo di lavoro che può variare da una frazione di pollice a pollici di profondità (da pochi millimetri a centimetri).