光学（大、粗、快）计量

由 Hexagon Manufacturing Intelligence 的 3D 光学传感器商业运营经理 Cliff Bliss 撰写

踏入光学计量世界，一件事就清楚了。这个充满活力的业务部门不断创新便携式坐标测量机 (PCMM) 的新设计，用于检查大型组件和固定装置。大型制造商仍在寻找更新的光学方法，以解决航空航天、造船、汽车和其他行业中大面积表面的原位 3D 测量。仔细分析表面的需要推动了提供更大数据集的更好光学测量工具的趋势，而不是带有硬测量的旧式检查夹具。

新的基于相机的光学摄影测量系统正在引入新设计，这些设计与旧版本的传统光学工具集有很大不同。由于这些系统用于恶劣的工业环境或偏远的户外环境，因此工程师将特别的设计重点放在这些系统对机械应力（如振动或冲击）影响的稳健性和抵抗力上。在研发阶段，长期测试用于检查整个测量体积的系统准确性。较新的系统在坚固的外壳内嵌入了两个高性能相机，即使在有灰尘和振动的恶劣生产环境中也能进行检查、跟踪和定位。

新设计，快速退货

基于摄影测量的现代光学系统有许多不同的配置。较新的设计将包含两个高分辨率的 8 兆像素数码相机，位于一个封闭的相机光束中。这些集成数码相机能够快速捕捉放置在要测量的组件或手持探测设备上的任何类型的目标。生成的图像会自动处理并实时计算 3D 坐标数据。多年来困扰计量学家的振动、噪音和位置变化等问题不再是问题。市场上的光学系统提供了一种称为动态参考的新技术，该技术使系统能够通过光学跟踪自动检测和补偿这些环境干扰。即使系统在测量会话期间移动，此功能也可确保持续的过程稳定性。

更多进展

技术针在准确性方面也取得了进步。现在市场上有光学测量系统，可以测量体积达 5 米的物体，精度范围为 40 到 80 微米。基于相机的解决方案的一项新功能是能够同时捕获多个点，并将其应用扩展到实验室环境中的负载测试和疲劳测试，以及其他静态和动态应用。将这些进步与动态参考相结合，用户现在拥有一个工具集，可以精确检测几何条件，并用于高活动工业环境中，停机时间最少或无需停机。

快速工作

任何曾尝试过快速准确地校准组件的技术人员都能体会到这项任务的复杂性。一个很好的例子是将车门放置在侧板上。这不是一件容易的工作，而是汽车制造商在原型制作过程中每天都在苦苦挣扎的事业。每次在门的一侧调整一个螺丝，然后在另一侧检查，它就会翘曲。此练习可能是一个漫长而乏味的过程，通常需要 30 分钟才能根据其 CAD 数据对齐门并使其适合。此场景还假定在此过程中没有人触摸任何东西。

从而进入基于相机的光学跟踪系统。这些摄影测量解决方案本质上很容易设置，就像摄影师为拍摄照片设置装备一样。一名操作员将相机杆安装在三脚架上，准备出发。滚轮也可以连接到三脚架上，以便于在车间周围移动。摄影测量系统放置在视线测量的最佳位置，传感器朝向被测物体。整个设置过程在几分钟内完成。新系统采用温度控制传感器，这意味着传感器可以调节自身的热稳定性。

现在回到使用光学技术将车门定位在侧板上的任务。首先，操作员会用一些简单的目标向门发出信号。接下来，将使用手持式探头捕获门的关键特征，以进行预对准程序。相同的过程将应用于侧面板。这两个组件现在都被捕获到它们各自的坐标系中。

基于摄像头的技术可以同时测量这些组件上的多个点，还可以动态跟踪 6DoF 物体。测量软件使用计算机屏幕上的视觉偏差标志实时显示对准过程的进度以进行指导。操作员可以使用数据来转动螺丝并进行调整，然后验证何时达到目标位置。简而言之，偏差标志可作为在几分钟内快速对齐组件的指标。

恶劣的环境，没问题

任何计量学家的经典考虑是工业环境是否足够稳定以进行测量。根据对象或组件的大小，另一个问题是计量系统是否必须在会话期间移动。如前所述，这两个挥之不去的问题已通过动态引用得到解决。使用汽车侧板上的目标作为参考点，摄影测量系统可以补偿传感器的移动。同样的技术还可以补偿在存在振动或其他因素导致环境不稳定的区域中测量物体。

由于同时测量对象或组件的视线区域，每个镜头都直接转换为全局坐标系。即使工人触摸零件或晃动夹具，也能可靠地进行测量。由于摄影测量系统保持在线并在会话期间进行日常工作场所活动时继续获取数据，因此无需手动重新调整。

新兴替代品

光学计量解决方案的供应商肯定会追随行业的主流趋势：硬件操作更简单、软件更智能、数据采集速度更快。这些特性与基于相机的新型 PCMM 的可靠和稳定的测量结果相结合，为传统量具或仅接触探针的解决方案提供了替代方案。除了精密检测之外，这些系统还可以监控和简化装配过程，并帮助指导操作员完成定位和对齐工作，并提供即时反馈。除了加快测量过程之外，如今基于相机的光学系统在许多其他静态和动态应用中的运行速度也显着加快，从而为那些利用新范例的人节省了时间和成本优势。

曾在《质量》杂志上发表过。