动态接触定仪

数字全息显微镜DHM测量材料动态的3D形貌，亚纳米分辨率，基于菲涅尔衍射的数字全息重建技术 [table=100%][tr][td][img=动态3D细胞监测,690,138]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/11/201711241018_01_1546_3.jpg!w690x138.jpg[/img]仅0.001秒即可测出物体三维形貌，并且是亚纳米的分辨率。不同于传统白光干涉仪、共聚焦显微镜、扫描探针轮廓仪等需要扫描的成像方式，DHM仅需0.001秒采集单张全息图即可测出物3D形貌信息，做到了快速动态监测。 和传统全息术不一样的是没有采用干板而是采用CCD记录全息图，全息图中 光强图：提供与传统显微镜一样对比度的图像 相位图：提供量化数值，得以对被测物体进行精确三维测量 该系统为预放大全息显微镜，其中的相位图解析中用到了大量的算法，实时相位解包裹技术 实时形貌测量的案例二：石墨烯薄膜受力形变实时测量[img=石墨烯薄膜受力形变,384,216]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/11/201711241017_02_1546_3.gif!w384x216.jpg[/img][img=MEMS跟踪测量,690,389]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/11/201711241017_03_1546_3.gif!w690x389.jpg[/img][/td][/tr][/table]

[b]一、 概述 [/b]自从上世纪60年代激光产生以后，其高方向性和高亮度的优越性就一直吸引着人们不断探索它在各方面的应用，其中，工业生产中的非接触、在线测量是非常重要的应用领域，它可以完成许多用接触式测量手段无法完成的检测任务。普通的光学测量在大地测绘、建筑工程方面有悠久的应用历史，其中距离测量的方法就是利用基本的三角几何学。在上世纪80年代末90年代初，人们开始激光与三角测量的原理相结合，形成了激光三角测距器。它的优点是精度高，不受被测物的材料、质地、型状、反射率的限制。从白色到黑色，从金属到陶瓷、塑料都可以测量。[b]二、 激光三角测量的原理[/b]激光三角测量法是人们将激光与三角测量的原理相结合的产物，其原理如下图示：[img=,520,354]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151451_01_2318341_3.gif[/img]它是将激光作光源，用线阵CCD作光电转换器，用玻璃透镜将被测物上的光斑聚焦成点，再成像到线阵CCD上，线阵CCD上的光电信号再移到计算机处理，从而得到距离信号。这就是激光三角测量的基本原理。[b]三、 第一代激光三角测厚仪的原理[/b]有了激光三角位移传感器，就为激光测厚仪垫定基础，其设计原理如下图所示，[img=,479,373]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151452_01_2318341_3.jpg[/img][b][color=#333333]第一代激光测厚仪原理[/color][/b]从上图可得：厚度为：[img=,97,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151519_01_2318341_3.jpg[/img][b][img=,12,23]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img][/b]公式中，[b]t[/b]表示厚度，[b]z[/b]是上下两个测头间的距离，[b]x[/b]是上测头到被测物上表面的距离，[b]y[/b]是下测头到被测物下表面的距离，只要[b]z[/b]是恒定的，则，上下测头测量出[b]x，y，[/b]就可以通过上面的公式算出厚度[b]t[/b]，这样，用两个激光位移传感器就可以做出测厚仪。[b]四、 第一代激光三角测厚仪的误差分析[/b]1、上面的厚度公式中我们假设z是恒定的，则，在静止状态下系统误差就是上下测头的测量误差，我们令其表达式为：[img=,82,21]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151523_01_2318341_3.jpg[/img]2、实际上，在高精度测量时，z并不是恒定的，因为，上下测头是装在U形支架上，而随着温度的变化，U形支架是会变形的，扫描宽度越宽其变形量就越大，所以，其在静止状态下的误差表达式应为：[img=,109,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151523_02_2318341_3.jpg[/img]，见下图示，当温度变化时。1）假若U形支架的上臂向上变形一微米，下臂向下变形一微米，则，[img=,109,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151524_01_2318341_3.jpg[/img]2）假若U形支架的上臂向下变形一微米，下臂向上变形一微米，则，[img=,109,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151524_02_2318341_3.jpg[/img]3）假若U形支架的上臂向上变形一微米，下臂向上变形一微米，则，[img=,109,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151524_03_2318341_3.jpg[/img]4）假若U形支架的上臂向下变形一微米，下臂向上变形一微米，则，[img=,109,22]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151525_01_2318341_3.jpg[/img]5） 假若U形支架的上下臂向其它方向变形，则，误差比较复杂。[img=,502,356]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151500_01_2318341_3.jpg[/img]1、 上面分析是假设静止状态时的测量误差表达，而实际上激光测厚仪是要求能做到在线，动态扫描测量的，我们再来分析动态测量时的误差情况。我们知道，线阵测头的输出值是一段时间的测量结果的平均值。在动态测厚过程中，激光焦点在被测物表面扫描，由于激光散斑的原因，表面反射光强存在剧烈的起伏，导致一些采样点的信号强度过低，成为无效数据而[b][color=red]剔除[/color][/b]，若单测头每次平均需m个数据，之间会剔除n个数据，则需要增加测n个数据，总数据量为m+n个，这可形象地用下图表示。[img=,224,164]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151501_01_2318341_3.jpg[/img][img=,210,135]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151501_02_2318341_3.jpg[/img]由于上下表面的数据是独立的，因此，上下表面数据序列中被剔除的数据也是独立的（见上图中的一个箭头表示一个剔除数据）。如果物体不动或高度不变，则剔除数据的位置没有什么影响，但当物体抖动量较大时，被剔除数据的位置对平均值的影响将立刻显现出来，例如当表面上升时（下图）[img=,265,178]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151504_01_2318341_3.jpg[/img][img=,265,178]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151506_01_2318341_3.jpg[/img]剔除数据的位置靠前则m个数据的平均值偏大，反之则偏小。由于上下两个测头内部对剔除数据的操作是独立的，无法进行协调，因此，物体抖动必然导致厚度测量结果的较大起伏！这种误差的统计估计如下：由上图可知，两个测头的数据错位范围为（-n，+n），处于各种错位情形的概率均等，则由概率论知，均方差为[img=,30,45]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151526_01_2318341_3.jpg[/img]个数据，若物体移动速度为V，单次采样时间为T，则造成的上下两测头的厚度测量的概率误差为[img=,78,45]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151527_01_2318341_3.jpg[/img],例如，若v=10mm/s, T=10ms, n=2, 则e=0.115mm！若上下测头组合仪取p个数平均，则厚度误差均方差下降为[img=,88,49]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151527_02_2318341_3.jpg[/img]，若p=20，则e=0.026mm！对于高精度测量仍然是无法容忍的！由于激光散斑是无法消除的，因此，被测物速度越大，误差越大，因此原理上，上下独立测头不适宜抖动物体的测厚！[b]一、 结论[/b]从上面的分析，我们可以知道：用激光位移传感器构成的测厚仪存在着原理上的缺陷，其误差的产生都是随机的，所以，无法进行补偿，故，在高精度测量时不能满足测量要求。[b]二、 第二代激光测厚系统原理简介[/b]第二代激光三角测厚仪是重新设计发展而来，它克服了第一代由于U形支架变形、振动等导致测量精度不高，由于采用二个光电转换部件导致工作不同步而导致上下两测头的测量点不重合，及由此导致测量精度不高，测量精度不稳定等不足。第二代激光测厚仪从测量原理上做了重新设计，不再采用两个位移传感器分别测量上下测头到被测物的上下表面的距离来算出厚度，而是直接测量被测物的厚度，避免了U形支架变形、振动等导致测量误差，大大提高了测量精度，而且不怕振动，并且安装使用更简单，工作更稳定，测量精度更高（+/-0.0015mm），它无环境污染，对人无伤害，对被测物无污染无接触，同时第二代激光三角测厚仪有完整的数据输出接口，这为涂布机的日后闭环自动控制打下了基础，详见原理图[img=,619,391]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708151508_01_2318341_3.jpg[/img] [b][img=,195,20]http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif[/img] [color=#333333]第二代激光测厚仪原理[/color][/b]上述原理图的工作原理：上下二个激光器将激光束分别打在被测物的上下表面，形成二个光斑，无衍射光学系统将这二光斑成像到面阵CCD或DSP等光电转换部件上，则，这二个光斑在面阵CCD或DSP等光电转换部件上的光斑的像之间的距离就是被测物厚度的映射，通过图像处理技术就能算出被测物的厚度。[b] [/b]从上面的原理图可知，U形支架上安装的不是激光位移测头，而是激光器，仅作为光源用，上下激光器照射到被测物的上下表面形成上下二个光斑，将这两个光斑通过一个无衍射光学系统成像到面阵CCD上，则，这二个光斑之间的距离就是被测物的厚度，这样直接测量的是被测物的厚度，这就避免了由于U形支架的变形和上下测头的测量误差还有抖动等因素的影响，第二代系统只有一个误差，就是无衍射光学系统的测量误差，而这个误差不是随机产生的，是可以补偿的，同时我们的单镜头面阵ccd测厚仪，由于是上下光斑同时测量，若出现上下任一光斑太暗，则该组上下光斑数据作废，保证了用于厚度数据的上下光斑的一一对应性！从原理上避免了第一代测厚仪的多项误差。故，第二代激光测厚系统比第一代激光测厚系统有无比优异性能。

1-1 系统介绍三维光学非接触式应变位移振动综合测量系统分为三维光学应变测量系统和三维动态变形测量系统两个部分。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607051411_599282_3024107_3.png http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607051411_599283_3024107_3.png 图1 三维应变测量头 图2 动态变形测量头三维光学应变测量系统主要通过数字散斑相关法和双目立体视觉技术结合，追踪物体表面散斑点，实时测量各个变形阶段的散斑图像，通过算法重建三维坐标，最终实现快速、高精度、实时、非接触的三维应变测量。（全场或局部应变）动态变形测量系统基于双目立体视觉技术，采用两个高速摄像机实时采集被测物体变形图像，利用准确识别的标志点（包括编码标志点和非编码标志点）实现立体匹配，重建出物体表面点三维空间坐标，并计算得到物体变形量、三维轨迹姿态等数据。（关键点振动位移）三维光学应变测量系统和动态变形测量系统可以根据实验情况单独使用，也可以合并成综合测量系统使用。1-2与传统方法对比 三维光学测量方法传统测量方法（如位移计、应变片、引伸计等）测量方式非接触式测量，不对被测物体造成干扰与影响。接触式测量，易打滑，不容易固定，试件断裂容易破坏引伸计。测量对象适用于任何材质的对象。测量尺寸范围广，从几毫米到几米。适用于常规尺寸对象测量，特殊材料无法测量，小试样无法测量，大试样需要多贴应变片。测量范围应变测量范围：0.01%~1000%。应变测量范围：应变片通常小于5%，引伸计小于50%。环境要求环境要求低，可在高温、高速、辐射条件下测量。一般适用常规条件测量。测量结果全场多点、多方向测量，同时获得三维坐标、三维位移及应变。单点、单方向测量。三维测量需要多个应变片，效率低。1-3 系统技术参数 指标名称技术指标1. 核心技术工业近景摄影测量、数字图像相关法2. 测量结果三维坐标、全场位移及应变3. 测量幅面支持4mm-4m范围的测量幅面，更多测量幅面可定制4. 测量相机支持百万至千万像素相机，支持低速到高速相机，支持千兆网和Camera Link等多种相机接口5. 相机标定支持任意数目相机的同时标定，支持外部图像标定6. 位移测量精度0.01pixel7. 应变测量范围0.01%-1000%8. 应变测量精度0.005%9. 测量模式兼容二维及三维变形测量10. 实时测量采集图像的同时，实时进行全场应变计算11. 多测头同步测量支持多相机组同步测量，相机数目任意扩展，可同步测量多个区域的变形应变12. 动态变形模块具备圆形标志点动态变形测量功能13. 轨迹姿态测量模块具备刚体物体运动轨迹姿态测量功能14. 试验机接口接通后实时同步采集试验机的力、位移等信号15. FLC接口配合杯突试验机进行Nakazima试验，可以测得材料的FLC成形极限曲线16. 显微应变测量配合双目体式显微镜，可实现微小型物体的三维全场变形应变检测17. 64位软件软件采用64位计算，速度更快18. 系统兼容性支持32位和64位Windows操作系统2 系统应用于汽车振动强度实验室2-1 振动强度实验室介绍振动强度试验室，主要开展对汽车整车，总成，零部件，或者材料的强度，耐久性，疲劳特性，以及可靠性等问题的研究，试验，考核，或者评估。三维应变位移振动综合测量系统在振动强度试验室里具备以下的功能：（1）采集相关的振动、位移和变形数据；（2）作为前期信号分析的软件和硬件；（3）进行必要的试验控制和试验后期数据分析系统。2-2 汽车振动测量常规配合使用设备振动模拟实验系统：电动式振动试验台，机械式试验台，电液伺服试验机系统，道路模拟试验台，吊车（一般5~10吨、小型3吨以下、大型10吨以上）等。振动数据采集传统产品：传感器、应变片、放大器等。2-3系统在汽车振动实验室中应用的相关实验采集测量系统：三维应变位移振动综合测量系统。配合使用系统：振动模拟实验系统。实现功能1—耐振性能试验。测试车辆或者零部件系统的减振，耐振性能。模拟振动环境，通过非接触的光学方法，测量振动和位移，从而对车辆的振动性能进行分析。应用包括：发动机振动模态分析，车门振动实验，座椅振动测量分析等。实现功能2—耐久可靠试验。考核车辆和零部件的强度、抗疲劳特性和可靠性指标。应用包括：车身结构强度实验（测量区域振动或者关键点变形），汽车座椅分级加载实验，汽车轮胎受力变形实验等。3 系统应用于汽车材料实验室3-1 汽车材料实验室介绍汽车材料试验室，主要开展对汽车新型材料及相关基础性工作的研究和探索。三维应变位移振动综合测量系统在材料试验室里一般有以下的基本功能：（1）汽车材料常规力学性能方面的测试，得到各种工况下的应变变形；（2）汽车材料焊接的应变变化情况测量；（3）板料成形应变及板料成形极限曲线测量。3-2 汽车材料试验常规配合使用设备力学实验系统：高温蠕变试验机、扭转试验机、疲劳试验机、杯突试验机等。焊接相关设备：焊枪、焊机等。3-3 系统在汽车材料实验室中应用的相关实验采集测量系统：三维应变位移振动综合测量系统。配合使用系统：力学实验系统、焊接相关设备。实现功能1—材料应变变形测量实验。通过对材料进行常规的拉压弯等实验，进行相关材料的力学性能测定。应用包括：金属材料拉伸实验，复合材料大变形测量，碳纤维材料实验等。实现功能2—汽车焊接相关试验。考核汽车相关焊接实验的应变和变形。应用包括：焊接全场应变测量，高温焊接变形测量等。实现功能3—板料成形相关实验。板料成形过程中的全场应变变形测量和板料成形极限曲线（配合杯突试验机）。应用包括：板料成形应变实验、板料成形极限曲线测定实验。4 系统在汽车工程研究方面典型实验案例展示4-

[img=,676,645]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/201710261512_02_2652440_3.jpg!w676x645.jpg[/img][img=,673,226]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/201710261512_01_2652440_3.jpg!w673x226.jpg[/img]七项关于食品接触材料的新国标在进行修订和制定了，大家觉得会有哪些问题需要修订，特别是GB 4806.9,GB 31604.1。

如今三C行业，或者是精密仪器行业，都要求极高精度，我们人为是无法测量0.01以上的精度的，这个时候，问题就来了，我们要如何确保精度质量呢？针对这些需求，市面上推出了很多的测量仪器，有2次元，三次元这这些测量仪已经可以满足很多企业的需求了，但是有些企业的产品，他不仅仅是需要平面尺寸，他甚至还需要测量平整度。这次候就应运而生了一种五次远，这些仪器之间都有些什么区别呢？我们该如何选择适合自己的测量仪器呢？现在就将他们的区别来理一下，也给大家参考一下：现在市场的影像尺寸测量仪，有三次元测量仪、二次元测量仪和测量投影仪。而二次元测量仪跟测量投影仪难以区别，都是光学检测仪器，在结构和原 理上二次元测量仪通常是连接PC电脑上同时连同软件一起进行操作，精度在0.002MM以内，测量投影仪内部是自带微型电脑的，因此不需要再连接电脑，但在精度上却没有二次元测量仪那么精准，影像测量仪精度一般只能达0.01MM以内。三次元测量仪是在二次元测量的基础上加一个超声测量或红外测量探头，用于测量被测物体的厚度以及盲孔深度等，这些往往二次元测量仪无法测量，但三次元测量仪也有一定的缺陷：Ø 测高探头采用接触法测量，无法测量部分表面不 能接触的物体；Ø 探头工作时，需频繁移动座标，检测速度慢；Ø 因探头有一定大小，因些无法测量过小内径的盲孔；Ø 探头因采用接触法测量，而接触面有一 定宽度，当检测凹凸不平表面时，测量值会有较大误差，同时一般测量范围都较小。 光纤同轴位移传感器以非接触方式测量高度和厚度，解决了过去三角测距方式中无法克服的误差问题，因此开发出可以同轴共焦非接触式一键测量的3D轮廓测量设备成为亟待解决的热点问题。 针对现有技术的上述不足，提供五次元测量设备及其测量计算方法，具有可以非接触检测、更高分辨率、检测速率更快、一键式测量、更高精度等优点。五次元测量仪通过采用大理石做为检测平台和基座，可获得更高的稳定性；内置软件的自动分析，可一键式测量，只需按一个启动键，既可完成尺寸测量，使用方便；采有非接触式光谱共焦测量具有快速、高精度、可测微小孔、非接触等优点，可测量Z轴高度，解决测高探头接触对部分产品造成损伤的问题；大市场光学系统可一次拍取整个工件图像，可使检测精度更高，速度更快。并且可以概据客户需要，进行自动化扩展，配合机械手自动上下料，完全可做到无人化，并可进行 SPC 过程统计。为客户提供高精度检测的同时，概据 SPC 统计数据，实时对生产数据调整， 提高产品质量，节约成本。想要了解更多，可联系：15012834563，小周[img=,690,920]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712291417_2603_3353984_3.jpg!w690x920.jpg[/img]