Mais do que medidores a laser

Fonte da imagem: Novacam

Os medidores de triangulação baseados em laser existem e são amplamente utilizados há mais de 50 anos, com muitos usuários os vendo como itens de commodity. As laminadoras usam medidores a laser para verificar o nivelamento de chapas laminadas, as fundições os usam para medir a altura do metal fundido e os fabricantes de automóveis os usam para verificar o ajuste e o acabamento dos carros. Os preços caíram ao longo dos anos e as capacidades melhoraram. Fazer medições de um milésimo de polegada em vários centímetros de alcance pode custar algumas centenas de dólares, com sensores de longo alcance e altamente robustos custando um pouco mais. Esses sensores oferecem alta confiabilidade e robustez, mas com alguns problemas persistentes, como o ruído de “manchas de laser” observado em superfícies ásperas e texturas variáveis, que ainda representam alguns desafios.

Nos últimos 10 a 20 anos, novos sensores ópticos foram introduzidos no mercado que oferecem novas capacidades, como capacidades submicrométricas para medição de pequenas peças de precisão, bem como capacidades de medição de superfície on-line, anteriormente possíveis apenas com instrumentos de ponta de precisão não realmente compatíveis. com o ambiente de fabricação em processo. Essas ferramentas mais recentes incluem:

Existem vários fornecedores dessas ferramentas e, claro, sempre há novas variações sendo desenvolvidas. Neste artigo, examinaremos como esses novos sensores ópticos funcionam e como eles podem ser usados ​​para atender às necessidades críticas de qualificação de peças e controle de processos em aplicações de fabricação de precisão.

A profundidade do foco (DFF) usa um efeito frequentemente visto em fotografia. Uma câmera pode obter uma imagem nítida a uma distância, mas os recursos mais próximos ou mais distantes podem ficar fora de foco. Ao obter um número maior de imagens em diferentes configurações de foco e pesquisar os recursos por clareza para cada configuração de foco, o usuário pode construir um mapa do intervalo para cada ponto da imagem que está em foco nítido em alguma distância focal. [1] Alguns sistemas de microscópio usam essa abordagem para definir regiões dentro de cada imagem que estão mais bem focadas e, em seguida, combinam essas regiões para construir uma única imagem em foco. Uma aplicação desta ferramenta tem sido na inspeção de placas de circuito integrado para verificar a colocação de peças e soldas.

Uma maneira diferente de observar a clareza do foco, usando apenas o que está em foco, é usar um modelo de imagem óptica e a quantidade de desfoque em cada ponto distante de qualquer plano de foco para estimar a que distância um determinado recurso da imagem está de um melhor imagem de foco. A profundidade a partir do desfoque tem o potencial de criar um mapa contínuo de todos os pontos de alcance de um assunto, com muito menos planos de imagem do que os métodos de profundidade a partir do foco.

A suposição de algo para focar onde quer que você meça ainda deve ser satisfeita para ambas as abordagens. Mas, em vez de interpolar entre os melhores pontos de alcance da imagem de foco usando a profundidade do foco, a quantidade e a natureza da desfocagem das bordas e recursos podem ser usadas para determinar analiticamente o alcance em cada recurso.

Ambos os métodos têm sido usados ​​para mapear peças pequenas, como eletrônica, mapear ferramentas de corte e roscas de parafusos, bem como, até certo ponto, medir o acabamento superficial de peças metálicas usinadas. O limite na medição do acabamento superficial com métodos baseados em foco é alcançado quando a textura está abaixo da resolução óptica da lente, que para um pequeno campo de alguns décimos de polegada (alguns milímetros) pode ser 20 milionésimos de polegada (0,5 mícrons). Abaixo de algum nível prático, o método óptico não consegue ver nada em que se concentrar. Mas para superfícies que são mensuráveis, uma medição em poucos segundos pode ser obtida em peças e áreas de alguns centímetros e níveis abaixo de um décimo de mil (1-2 mícron).

Os métodos confocal já existem há muito tempo para uso em biologia para medir a estrutura celular. Os antigos microscópios confocal eram estritamente instrumentos de laboratório que funcionavam de forma muito semelhante ao método de profundidade a partir do foco, mas com um toque extra na forma de um filtro óptico que simplesmente bloqueia qualquer luz de qualquer ponto que não esteja em foco. Estas são normalmente medições baseadas em pontos, em vez de medições de área, como acima, mas também estão disponíveis como medições de linha. A reviravolta adicional nos últimos anos tem sido o uso de um efeito de foco cromático ou “cor”, onde diferentes cores de luz focam em diferentes distâncias. [2] Dessa maneira, um dispositivo de classificação de cores (como um espectrômetro) pode determinar rapidamente o alcance de cada ponto sem a necessidade de escanear mecanicamente o sensor em profundidade, como o design confocal mais antigo operava. Isso permite medições mais rápidas (milhares de pontos por segundo) dentro de uma faixa de trabalho do que uma fração de polegada a polegadas de profundidade (alguns milímetros a centímetros).