三维干涉测量传感器

使用3D白光干涉技术捕捉图像,可以实现几乎瞬时的3D测量,非常适合用于生产或离线检测。同轴图像捕捉消除了死区,提供了从透明或镜像表面收集3D图像的最佳方法。

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阵容

WI-5000系列- 3D干涉测量传感器

WI-5000系列3D干涉测量传感器仅在0.13秒内就能捕捉到高达10 x 10毫米(0.39“× 0.39”)的目标区域的3D图像。该传感器同时记录了表面上的80000个高度数据点,以执行高度、共面度甚至表面粗糙度(Sa和Sz)的高精度测量。通过利用白光干涉术来捕获图像,该传感器可以采用同轴表面测量,消除了在沟槽和其他高度变化剧烈的形状中妨碍精确测量的死区。测量原理使精确,可重复的3D测量几乎任何表面类型,包括透明或镜像目标。虽然它的速度使它成为在线测量的理想选择,一个可调节的支架也可用,允许用户利用相同的快速,自动测量在线和离线检查。

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三维干涉测量传感器在测量区域的整个表面发光。他们在上下移动光学单元的同时,从同轴且无盲点接收到的干涉光,立即计算出多个点的高度信息。
白光干涉测量原理允许对各种目标(如透明或镜像目标、粗糙金属表面和黑色橡胶)的3D轮廓、表面粗糙度和线粗糙度进行高速、高精度测量。这些测量值不受目标材料和颜色的影响。与使用使用三角测量的1D激光位移传感器进行测量不同,反射光不会受到表面特征(如凹槽末端和其他此类狭窄位置)的阻碍,因为同轴测量是使用来自表面的光进行的。高速稳定的测量是可能的,因为它不受目标轮廓的影响。

下面介绍白光干涉测量的基本原理以及KEYENCE公司的WI-5000系列三维干涉测量传感器(支持在线三维测量)的原理和测量原理。188bet在线

白光干涉测量原理

光的干涉是光从目标表面到某一点的距离(光路)有差异时发生的现象。在白光干涉术中,一束光从白光源发出并照射在目标上,而另一束光由参考镜反射。然后从这些光束的干涉水平测量目标表面特征的高度或深度。

三维干涉测量传感器机构及测量原理

本节使用一个图详细说明了KEYENCE的WI-5000系列3D干涉测量传感器的机理和测量原理,该传感器使用白光干涉测量法对各种材料、颜色和轮廓的目标进行高速、高精度的在线测量。

三维干涉测量传感器机制:
(1)光从宽带SLD光源发射,该光源结合了LED和半导体激光器的特性。
(2) 发射的光通过光学单元中的分束器分为两束。
(3)其中一束照射在测量区域的目标表面并反射。另一束光由光学单元中的参考镜反射。
(4) 这两束光束作为干涉光进入光接收元件。光学单元上下移动以改变从目标反射的光的光程长度。
(5)在光接收元件上,当干涉光的光程长度重合时,干涉光提供的干涉电平最大。获得多个对比度图像,通过读取每个像素的最大干涉水平的垂直位置来测量到目标的距离(高度或深度)。下面的解释使用图表来阐明这种机制。

光学元件垂直运动z轴测量机构:
光学单元垂直移动和z轴(高度和深度)数据提取的机制解释如下图中的数字。
(1)光从光学单元照射到目标表面。
(2)当光学单元上下移动时,获得多幅对比度图像。
(3)确定产生最大干扰电平的位置,测量到目标的距离。
峰值干涉电平位置随目标高度而变化,如图所示。利用这种干涉方法,可以在检测区域内快速、高精度地进行三维测量。通过并行处理每个80000像素的高度数据,测量值以高速计算。该机制允许WI-5000系列执行目标的三维轮廓线测量,以及表面粗糙度和线粗糙度。

a:光学单元的垂直移动b:光学单元位置c:最大干扰水平d:干扰水平

3D干涉测量传感器的好处

接触式测量设备不能用于软的或容易损坏的目标,因为它们对表面施加压力。3D干涉测量传感器不接触目标,可以使用任何材料或颜色的目标,包括透明,镜像,或黑色目标。

WI-5000系列3D干涉测量传感器不接触目标,因此它们甚至可以用于测量软合成橡胶和易损坏的透明玻璃。它们可以对无法进行接触测量的目标进行高度、深度和体积的非接触测量,例如透明密封剂和凝胶状粘合剂以及由不同反射率材料制成的精密电子设备。整个目标表面被捕获,而不仅仅是一个点,因此速度和稳定性远远优于一般测量设备。白光干涉测量使用高性能CMOS和具有宽动态范围的SLD光源,可一次性测量整个区域。此图像捕获不受目标材料或颜色的影响,即使对于透明或镜像目标、包括具有低反射率的黑色部分的目标或产生内部反射的半透明树脂也是如此。

对于使用三角测量的1D激光位移传感器,由于反射光被狭窄位置的凹痕阻挡而无法接收光时,可能会出现盲点。三维干涉测量传感器对整个表面进行同轴测量,因此目标轮廓不会出现盲点。

使用三角测量的一维激光位移传感器,由于存在盲点,可能无法进行测量。在反射光被狭窄的凹痕阻挡的地方,光线无法到达传感器的接收端,就会出现盲点。此外,接触位移传感器无法测量小于接触面积的压痕。WI-5000系列三维干涉测量传感器对整个表面进行同轴测量,因此在目标剖面内不会出现盲点。这些传感器消除了盲点,可以对电子设备和模压部件的小孔和间隙深度进行高度精确的一次性测量。检测区域内的不平整表面也可以精确测量,甚至可以精确到晶圆上的微观沟槽和孔。

使用一维激光位移传感器对点或线进行多点测量,耗时较长。传统区域摄像机的测量不稳定,因为它们不能聚焦于整个3D目标。三维干涉测量传感器通过快速测量整个表面,大大提高了检测周期时间。

由于需要在多个位置进行测量,因此使用1D激光位移传感器或接触式测量设备在一个区域上进行测量需要很长时间。传统的通用区域相机无法进行Z轴测量,因为很难对整个深3D目标进行聚焦。这些传统限制对于需要在线100%检查的目标来说可能是一个问题。WI-5000系列三维干涉测量传感器以高精度测量整个表面的高度、体积和三维轮廓。他们可以在0.13秒内对整个区域(最大尺寸为10×10 mm(0.39“×0.39”)进行一次性3D测量,大大缩短了在线检查周期。

三维干涉测量案例研究

安装组件的终端高度

WI-5000系列3D干涉测量传感器的宽动态范围允许批量测量目标的整体,即使它包含不同光反射率的材料。即使目标是一个带有金属终端(高反射率)和陶瓷封装(低反射率)的电子设备,也可以稳定地一次性测量整个3D轮廓。高度分布可通过彩色地图显示,并可显示具体位置的剖面图,直观检查包装平整度和终端缺陷细节。

树脂件分型线毛刺高度检查

使用接触粗糙度仪或三坐标测量机,接触的测量压力会压碎微小的毛刺,使测量不准确,大大增加了检测时间。在不接触目标的情况下,WI-5000系列3D干涉测量传感器可以在0.13秒内获得80000点高度数据,重复性为0.1 μm(0.000004”)。可以准确、快速地测量微毛刺的高度。没有由目标材料、颜色或光泽度引起的误差,也没有由目标压痕引起的盲点,该传感器可以立即用于不同产品类型的颜色和轮廓不同的模压产品的检查。

嵌入式阀门底部平面度的测量

阀门底部是凹进去的,所以用测量设备用单点光进行三角测量需要时间。此外,盲点的出现是因为反射光被阻挡。仅在0.13秒内,WI-5000系列3D干涉测量传感器通过从上方照射整个目标表面,同轴获得80000点高度数据,甚至可以在没有盲点的情况下测量凹进式阀门底部。稳定和自动100%检查是可能的,因为测量不受目标材料,颜色或光泽度的影响。还可以同时获得阀孔位置信息,从而一次性确定冲程位置的合适性。

关于三维干涉测量传感器的常见问题

这种振荡一直被认为是驱动光学元件的弱点。KEYENCE开发了一种机制,可以在物理上尽可能地消除这种振荡,并将这种机制安装在我们的WI-5000系列3D干涉测量传感器中。结果是成功地消除了由于在情况下重心移动引起的振荡,这些振荡引起的测量误差,以及导致位移传感器缺陷的负载。高振动阻尼效应,稳定的测量,和高耐久性的传感器允许在工作现场无忧安装。

稳定的测量是可能的目标与不同的材料和颜色。WI-5000系列3D干涉测量传感器采用SLD光源和专用图像接收元件进行同轴测量,实现宽动态范围。不像一般的3D相机设置漫反射,他们不受光反射率的变化,由于材料,如透明,镜像,或黑色目标。三维轮廓、表面粗糙度和线条粗糙度测量都可以用于各种各样的材料和颜色。稳定和高度精确的测量是可能的,不仅对于均匀的材料和颜色,如玻璃和黑色橡胶,而且在装配过程后的检查中,目标包含不同的材料和颜色。

不。在这种情况下,高速测量的优点充分发挥出来。专用机架允许WI-5000系列用于近线检测。在这种情况下,位置校正功能允许高速和精确的检查,只需将目标放在舞台上。如果目标大于测量面积,可以使用专用自动工作台,自动按顺序测量指定位置。一个大的测量区域可以自动测量,易于设置,只需将目标放在台上,结果可以输出到电子表格软件。

测量库是一个网站,提供测量基础知识、测量系统选择、应用解决方案、激光位移传感器测量的类型和原理,以及通过安装此类传感器解决问题的案例研究。188金宝搏官方app下载

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