بازرسی لیزری
اولین لیزر در سال 1960 اختراع شد و بسیاری از کاربردهای مفید نور لیزر از آن زمان برای اندازه گیری و سیستم های بازرسی چشمی صنعتی توسعه یافته است. سیستم های بازرسی لیزری مفید بوده‌اند زیرا ابزاری سریع و دقیق برای اندازه‌گیری، مرتب‌سازی و طبقه بندی قطعات بدون تماس هستند. لیزرها همچنین تداخل سنج ها را به ابزاری راحت تر برای اندازه گیری دقیق طول، جابجایی و تراز تبدیل کرده اند.
لیزرها در سیستم های بازرسی و اندازه گیری استفاده می‌شوند، زیرا نور لیزر یک پرتو نور روشن، غیر جهت دار و همسو با درجه بالایی از انسجام زمانی (فرکانس) و فضایی را فراهم می‌کند. این خواص می توانند به تنهایی یا با هم مفید باشند. به عنوان مثال، هنگامی که لیزر در تداخل سنجی استفاده می شود، روشنایی، پیوستگی و تقارن نور لیزر همگی مهم هستند. با این حال، در برنامه‌های اسکن، مرتب‌سازی و مثلث بندی که در این مقاله توضیح داده شد، لیزرها به دلیل روشنایی، تک جهت بودن و کیفیت‌های همسویی نورشان استفاده می‌شوند. انسجام زمانی یک عامل نیست.
انواع مختلف سیستم های اندازه گیری مبتنی بر لیزر در سه حوزه اصلی کاربرد دارند:
- اندازه گیری ابعاد
- اندازه گیری سرعت
- بازرسی سطحی
استفاده از لیزر ممکن است زمانی مطلوب باشد که این کاربردها به دقت، دقت بالا یا توانایی ارائه سریع و بدون تماس قطعات نرم، ظریف، داغ یا متحرک نیاز داشته باشند. آشکارسازهای نوری عموماً در همه کاربردها مورد نیاز هستند و تغییرات یا وقفه های نور را می توان مستقیماً به شکل الکترونیکی تبدیل کرد.
اندازه گیری ابعادی
اندازه گیری ابعادی لیزرها را می توان به روش های مختلف برای اندازه گیری ابعاد و موقعیت قطعات استفاده کرد. برخی از این تکنیک ها عبارتند از:
- پروفیل گیژینگ قطعات ثابت و متحرک با تجهیزات اسکن لیزری
- اندازه گیری مشخصات قطعات ثابت با طرح سایه روی آرایه های فتودیود
- اندازه گیری نمایه شکاف های کوچک و قطعات با قطر کوچک از الگوهای پراش
- گیج شدن سطوحی که در نیمرخ دیده نمی شوند (مانند سطوح مقعر، دندانه های چرخ دنده یا داخل قطر سوراخ ها) با حسگرهای مثلثی لیزری
- اندازه گیری طول، ترازها و جابجایی ها با تداخل سنج
- مرتب سازی قطعات
- اندازه گیری سه بعدی سطوح با هولوگرام
- اندازه گیری طول از روی سرعت قطعات متحرک و پیوسته
این تکنیک ها درجات بالایی از دقت و صحت و همچنین قابلیت اندازه گیری سریع و بدون تماس را فراهم می کنند.
اسکن لیزر گیج. سنسورهای غیر تماسی در انواع تکنیک‌های بازرسی، مانند آن‌هایی که شامل گیج‌های خازنی، گیج‌های جریان گردابی و گیج‌های هوا هستند، استفاده می‌شوند. با این حال، گیج های نوری مزایایی دارند زیرا فاصله سنسور تا قطعه کار می تواند زیاد باشد و به این دلیل که بسیاری از اشیاء را می توان همزمان اندازه گیری کرد. علاوه بر این، تغییرات نور مستقیماً به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌شوند و زمان پاسخ فقط توسط ردیاب نوری و لوازم الکترونیکی آن محدود می‌شود.
حسگرهای نوری برای اندازه گیری ابعادی از تکنیک های مختلفی مانند طرح سایه، پدیده های پراش و اسکن پرتوهای نور استفاده می کنند. اگر قطعه کار کوچک باشد یا حرکات بزرگ یا نامنظم از خود نشان ندهد، پدیده های پراش یا طرح سایه روی سنسور آرایه دیودی می توانند به خوبی کار کنند. با این حال، اگر جسم دارای ابعادی بیش از چند میلی‌متر باشد یا حرکت آن بزرگ باشد، تکنیک‌های پراش غیرعملی می‌شوند. اگر اندازه یا حرکت قطعه بیش از حد بزرگ باشد، نمایش سایه روی سنسور آرایه دیود نیز ممکن است محدود شود.
از سوی دیگر، تکنیک پرتو لیزر اسکن برای طیف وسیعی از اندازه‌ها و حرکات محصول مناسب است. مفهوم استفاده از یک پرتو نور روبشی برای اندازه گیری ابعادی غیر تماسی، مربوط به لیزر است. با این حال، ماهیت بسیار جهت دار و همسویی نور لیزر، دقت این روش را نسبت به تکنیک هایی که از نور معمولی استفاده می کنند، بسیار بهبود می بخشد. تشخیص قطر خارجی قطعات استوانه ای احتمالاً رایج ترین کاربرد گیج اسکن لیزری است.
یک گیج پرتو لیزر اسکن شامل یک فرستنده، یک گیرنده و الکترونیک پردازنده است (شکل زیر). نوار نازکی از نور لیزر اسکن کننده از فرستنده به گیرنده پخش می شود. هنگامی که یک جسم در یک پرتو قرار می گیرد، یک سایه وابسته به زمان ایجاد می کند. سیگنال های نور وارد شده به گیرنده توسط ریزپردازنده برای استخراج ابعاد نشان داده شده توسط اختلاف زمانی بین لبه های سایه استفاده می شود. گیج ها می توانند دقت 0.25 ± متر (10 ± میکرومین) را برای قطرهای 10 تا 50 میلی متر (0.5 تا 2 اینچ) برای قطعات بزرگتر (قطرهای 200 تا 450 میلی متر یا 8 تا 18 اینچ) نشان دهند. دقت کمتر است.
دو نوع کلی از گیج های لیزری اسکن وجود دارد: فرستنده ها و گیرنده های قابل جداسازی که برای برنامه های کاربردی در فرآیند طراحی شده اند، و گیج های نیمکتی مستقل که برای کاربردهای آفلاین طراحی شده اند. گیج اسکن در فرآیند شامل یک پردازنده الکترونیکی چندوظیفه ای است که تعدادی اسکنر را کنترل می کند. فرستنده ها و گیرنده های قابل جداسازی را می توان برای ترتیبات مختلف اسکن پیکربندی کرد. دو یا چند اسکنر همچنین می توانند برای قطعات بزرگ روی هم قرار گیرند، یا می توان آنها را در امتداد محورهای مختلف برای بازرسی دو محوره قرار داد. اسکنرهای پرسرعت نیز برای تشخیص عیوب کوچک، مانند توده، در کاربردهای قطعات متحرک در دسترس هستند.
گیج فشرده است و می تواند اندازه های مختلف قطعات را به سرعت و به راحتی اندازه گیری کند . به محض انجام اندازه گیری ها، بازخوانی دیجیتال ابعاد و داده های آماری را نمایش می دهد. این تعداد کل اندازه‌گیری‌های انجام‌شده، انحراف استاندارد، و حداکثر، حداقل و میانگین قرائت‌های هر دسته آزمایش‌شده را نشان می‌دهد.
