A méréstechnika fejlődése az elmúlt negyed évszázadban

Az 1980-as években a koordináta-méréstechnikát a tapintós gépek uralták. Az optikai mérőgépeknél hasonló szenzorok még nem álltak rendelkezésre. Az első megoldások az 1970-es évek végén jelentek meg, amikor dr. Siegfried Werth kifejlesztette a Werth „Tastauge” pontszerű, üvegszálas kivezetésű optoelektronikus éldetektor szenzort a mérő projektorok számára.

A digitális képfeldolgozás bevezetése

A PC-technológia fejlődése az 1990-es évek elején az első Frame-Grabber kártyákkal erőteljes hatással volt az optikai koordináta mérőgépek automatizálására. A Werth Messtechnik volt az első európai gyártó, amely a PC-technológián alapuló képfeldolgozó koordináta-mérőgépet, a VideoCheck®-et bevezette a mérőgépek piacára. Automatikus méréseket tett lehetővé a beeső fény felhasználásával, az autofókusz pontmérési módszerrel pedig a 3D-s mérés vált elérhetővé. A Werth azon döntését, hogy a képfeldolgozást a PC és a Windows operációs rendszer platformon valósítja meg, akkoriban sok szakértő hibának tekintette. Ma ez a megoldás a szabvány.

A következő években folytatódott a képfeldolgozó szenzorok továbbfejlesztése. A szabadalmaztatott Werth Zoom (2. ábra) lehetővé tette a felhasználók számára, hogy ne csak a nagyítást, hanem a munkatávolságot is beállítsák a különböző mérési feladatokhoz. A MultiRing® felhasználható a megvilágítási szög széles tartományban történő beállítására, hogy megbízhatóan feleljen meg a munkadarab mérési követelményeinek.

A képfeldolgozás alkalmazása a koordináta-méréstechnikában még 20 év elteltével is eredményezhet forradalmi fejleményeket. Például a 2016-ban bemutatott Raster Scanning HD folyamat lehetővé teszi a korábban ismeretlen mérési sebességeket, miközben növeli a pontosságot. Ehhez a munkadarab képeit mozgás közben a maximális kamera frekvencián rögzítik, és szabadalmaztatott módszerrel egymásra helyezik, hogy megalkossák az összképet (3. ábra). A nagy területeket gyorsan, nagy felbontással rögzíti. Ez a módszer lehetővé teszi például egy 7 hüvelykes félvezető lap óriási nagyításnál történő teljes bemérését, mindössze 2 perc mérési idő alatt. 256 megapixeles képet készít, amelyből meghatározhatók a félvezető lap geometriai tulajdonságai. Egy másik alkalmazás a teljes vágóél élgeometria mérése a marószerszámon. 1,5 másodpercen belül egymás után 32 fogat lehet mérni, majd „a képen” elemezni és meghatározni az élszögeket, rádiuszokat.

A képfeldolgozástól a multiszenzoros rendszerekig

Ahogy a munkadarabok sokfélesége és összetettsége növekszik, a mérési feladatokat gyakran nem lehet egyetlen szenzorral megoldani. A multiszenzoros koordináta-mérőgépeket úgy alakítják ki, hogy különféle szenzorokat integrálnak a mérőberendezésbe, melyek közül mindegyik egyedi feladatot lát el. Mivel az összes szenzor ugyanabban a munkadarab-koordináta-rendszerben mér, a mérési eredmények bármilyen kombinációban összekapcsolhatók.

A képfeldolgozás sikere nyomán egyértelmű következő lépés volt az ilyen szenzorok beépítése a tapintós koordináta-mérőberendezésekbe, így multiszenzoros koordináta-mérőgépet (például a VP1 videó-szenzorrendszer) létrehozva. A megoldás azonban nem volt túl sikeres a piacon, mert a képfeldolgozó érzékelőnek nagyon kompaktnak kell lennie. Ez korlátozta a képalkotó optika és a világítási rendszerek teljesítményét és rugalmasságát. A multiszenzoros rendszerek egy másik megközelítése, hogy a képfeldolgozó szenzort beépített lézer-távolságérzékelővel látta el (4. ábra). Ez eleinte tisztán optikai multiszenzoros koordináta-mérőgép volt, amely gyorsabb 3D-méréseket tett lehetővé, mintha csak a képfeldolgozó szenzor autofókusz funkciója biztosította volna a 3D mérést.

Az optikai és a tapintós-elektromos szenzorok kombinációjának használatát 1993-ban kezdte sikeresen a Werth Messtechnik, mivel a már kialakított Renishaw tapintórendszert beépítették a kompakt optikai VideoCheck® koordináta-mérőberendezésekbe. Így a tapintós szkennelési üzemmódok lehetővé tették a kontúrok gyors, magas pontsűrűséggel történő mérését, kombinálva a 2D képfeldolgozó mérésekkel és a 3D-s lézeres szkenneléssel.

Németországban jó együttműködés van a középvállalatok, az egyetemek és a kutatóintézetek között. A Werth Messtechnik és a Német Nemzeti Metrológiai Intézet (PTB – Physikalisch Technische Bundesanstalt) közötti együttműködés 1998-ban a tapintós-optikai üvegszálas mikrotapintót eredményezte. Ez a szabadalmaztatott mérési elv a rugalmas üvegszálat kizárólag az érzékelőgömb pozicionálására használja, amelynek átmérője akár 20 µm is lehet. A gömb elmozdulást optikailag méri egy képfeldolgozó szenzor. Ez az elv alacsonyabb tapintási erőt, nagyobb pontosságot és megnövelt megbízhatóságot eredményez, különösen a hagyományos mikrotapintókkal összehasonlítva. A 3D Werth Fiber Probe®-t az eredeti 2D elv alapján fejlesztették ki 2011-ben. A hagyományos tapintók szinte minden mérési módszerét képes használni, például az egypontos tapintást és szkennelést is.

25 évvel ezelőtt a Werth még mindig szkeptikus volt a tekintetben, hogy lehet-e valaha lényegesen pontosabb mérést végezni, mint egy mikrométer. A pontosság javítása továbbra is fejlesztési cél marad, de a Werthnél már fejlesztés alatt állnak azok a gépek és tapintók, amelyek mérési hibája kisebb, mint 100 nm.

A Werth Messtechnik mérőrendszereit Magyarországon a Werth Magyarország Kft. forgalmazza. További információért látogasson el a Werth honlapjára, írjon a [email protected] emailcímre vagy keresse a Werth munkatársait a +36 29 611 020 telefonszámon!