Тенденции в мултисензорните измервания – част I

При избора на системи и уреди за автоматични прецизни измервания специалистите търсят баланс между три критерия – точност на измерването, бързодействие и разходи за покупка и експлоатация на необходимите устройства и компоненти. Навлизането на измерванията с мултисензорни датчици през последните десетилетия, както и повишаването на качеството им, дава по-добри възможности по отношение и на трите критерия. За да бъде експлоатацията им възможно най-ефективна, е добре да се проучи пазарното предлагане и да се избере решението, което обещава най-съществени ползи с оглед на конкретните цели и условия.

Мултисензорни измервателни датчици
Във всяко измервателно устройство има поне един чувствителен елемент. Това е пробникът или детекторът, който снема първичните, сурови данни за обекта на измерване, въз основа на които впоследствие се извършва самото измерване. Чувствителните елементи, съответно и датчиците, биват контактни и безконтактни. Датчик, който упражнява какъвто и да е натиск върху обекта – като познатите допиращи се пробници или сонди, е контактен датчик.
Безконтактните датчици не се докосват до измервания обект. Системите за видеоизмервания например използват камери, които визуализират обекта, а измерването се извършва въз основа на изображението. Лазерните скенери измерват посредством оптична система и детектори, които улавят отразения от повърхността на обекта лазерен лъч.

Напоследък в практиката се използват все повече микропробници от ново поколение, които работят на основата на иновативни технологии и предлагат разширени възможности. При тях се комбинират контактни и безконтактни методи. Именно такова съчетание на няколко различни чувствителни елемента, събиращи сурови данни и по трите направления в пространството, прави един измервателен датчик мултисензорен.

Предимства на мултисензорните датчици
Всеки от двата метода за измерване – контактен или оптичен, има своите предимства. Налице са и множество приложения в измервателната техника, за които се изисква използването само на един от тях. Но има и много случаи, в които съчетаването на двата допълващи се взаимно метода може да даде по-точни изходни данни, отколкото ако се прилага всеки от тях поотделно.

За специални цели може да се добави и трети вид измерване с различна технология – лазер или “бяла светлина”. И макар че всички тези измервателни операции могат да се извършват и от отделни датчици, един мултифункционален уред би премахнал необходимостта от преместване на измерваните детайли, което ускорява производствения процес и намалява разходите за труд. Освен това, един мултисензорен уред може да се окаже по-изгоден в ценови план от няколко конвенционални прибора, което намалява и разходите за оборудване. В зависимост от това какви измервателни операции трябва да се извършват, мултисензорни и еднофункционални уреди могат да се използват заедно и така да се тества в реални условия кое от двете решения е най-ефективно с оглед на конкретното приложение.

Особености на контактните и безконтактните методи
При измерванията по оптичен метод може да се събира много бързо голям обем от данни и могат да се обработват твърде малки или пък твърде фини детайли, спрямо които не може да се приложи контактният метод. Но както е и при изображенията, измерванията по визуален път “сбиват” видяното в две измерения. Затова и те дават много добри резултати, когато трябва да се мери в равнина, по две оси, обикновено по X и по Y, да се отчита къде свършват ръбове и се преминава към равнина на друго ниво или къде се допират ръбовете на две повърхности. Но тези методи не са подходящи за измерване на обекти, в които има преходи в третото направление – обикновено по оста Z, по плавни контури. И макар че при оптичния метод може да се “надниква” и в отвори, той все пак е ограничен до зоната на пряката видимост.

Контактните измервания могат да се прилагат и по трите направления в пространството, включително и по гладки криви по оста Z, и не се ограничават само до зоната на пряката видимост. Могат да се извършват във вътрешността на отвори, по повърхността на стени, сондите на съответните датчици могат да достигат странично до вертикални повърхнини и да събират данни, които по визуалните методи няма как да се съберат. Но контактните измервания се ограничават от физическия обхват на измервателните сонди. Количеството на събираните сурови данни зависи от начина на контакт. При устройствата с отчитане при допир първо сондата се допира, следва отчет, после сондата се вдига, премества и следва повторение.

Така, в един даден момент се прави отчет само в една точка. Сканиращите устройства се плъзгат по повърхността на обекта и събират отчети от стотици или дори хиляди точки, докато се движат. Те са както по-бързи, така и дават много по-подробна информация. Мултисензорните датчици съчетават силните страни и на двата метода за измерване – оптичния/визуалния и контактния.

Оптимизиране на измерванията по визуален метод
Увеличението, което дава оптичната система, е много важен фактор за точността на измерванията по визуален метод. Колкото по-широк е зрителният ъгъл, толкова по-голяма площ може бързо да се покрие. Аналогично, при по-голям коефициент на увеличение могат да се “разглеждат” и измерват с по-голяма точност малки обекти или по-фини елементи. По-голямото увеличение ще стесни и фокусира зрителното поле, при което ще се елиминират несъществени околни детайли.

Друг важен фактор за точността на измерванията по визуален метод е ъгълът, под който оптичната система “гледа” към измервания елемент. Обикновените лещи събират образи от конусообразната пространствена зона пред тях. При това, истинско изображение се добива само за обектите, разположени по централната линия на тази зона. Всички останали обекти, разположени по-встрани, се “гледат” под някакъв ъгъл и поради това изображенията им се изкривяват. Телецентричните лещи, които наблюдават всичко в зрителното си поле челно и съответно без изкривяване, съществено подобряват точността на измерванията.

Продължението на материала четете тук.