Измерительные приборы сконструированы для измерения основных геометрических элементов, таких как длины отрезков, дуг, расстояния между точками, диаметры отверстий, угловые размеры и т.д. К измерительному оборудованию помимо микроскопов относятся оптиметры, длинномеры и измерительные машины. Принцип работы с данной техникой основан на бесконтактном измерении параметров и неразрушающего контроля изделий. Они позволяют с высокой точностью определить параметры сложных изделий, такие, как длину, угол или радиус.
Среди широкого спектра оптико-механического измерительного оборудования можно охарактеризовать следующие наиболее популярные типы приборов, подходящие для различного характера измерительных работ.
Виды оптико-механического оборудования:
- Микроскопы — тип универсальных приборов с наиболее широким диапазоном возможностей с фиксацией значений углов и длин с повышенной точностью. Для работы на данном типе устройств компания Olympus представляет модель измерительного микроскопа STM7 которая соответствует самым передовым запросам в области измерительных приборов. Независимо от размера, сложности измеряемых образцов и опыта оператора линейка Olympus STM7 оснащена измерительными микроскопами, адаптированными к вашим потребностям.
- Измерительные машины — незаменимы для контроля заданных параметров сложных или габаритных объектов. Помогают контролировать соответствие заданным параметрам сложных или габаритных предметов. В данный тип входят одно-, двух- и трехкоординатные разновидности. Одной из самых оптимальных моделей данного типа приборов является ВМ-400 от компании «Профноватор». Это современные и качественные приборы, не уступающее зарубежным аналогам по многим параметрам, но с более демократичной ценой.
- Оптиметры — тип приборов для определения точных линейных размеров внешних параметров объектов, таких как диаметр резьбовых калибров или толщина листов.
Существует уникальная модель микроскопов, относящаяся к универсальному исследовательскому типу приборов. Компания Keyence выпускает микроскопы линейки VHX-6000. Их особенность заключается в том, что микроскоп может одинаково хорошо измерять и обрабатывать изображение. Оно легко захватывается и фокусируется под любым углом обзора осуществляя съёмку как в 2D, так и в 3D, строит объёмные поверхности и профили объектов, таким образом, осуществляя целый ряд важных измерений различной сложности являясь незаменимым прибором в сфере современной промышленности.
Все перечисленные приборы относятся к измерительным средствам и по возможности должны пройти регистрацию в Государственном реестре. В России измерительные приборы выпускаются по ГОСТ 8074—82 “Микроскопы инструментальные. Типы, основные параметры и размеры. Технические требования (с Изменением N 1)”.
Среди измерительных микроскопов можно выделить два основных типа с точки зрения характера использования - инструментальные и универсальные. Инструментальные бывают как малые, так и большие, отличающиеся размером продольного хода стола. В основе измерений лежит оптико-визирный метод (микрометрические измерители). В универсальных измерительных микроскопах осуществляется более точное измерение геометрических параметров объекта с повышенной точностью. В строении микроскопов входят отсчётные спиральные микроскопы
В зависимости от измеряемого параметра различаются методы измерения. Например, угловые размеры считываются проекционным методом. Линейные размеры определяются методом осевого сечения (визирным) который основан на использовании измерительных ножей.
Простые системы с окуляр-микрометром и объект-микрометром являются родоначальниками эпохи измерительных систем, простой процесс считывания геометрических показателей происходит при помощи сравнения эталонного микрометра и измеряемого объекта при помощи шкалы в окуляре и осуществляется на визирных микроскопах. Основным параметром формирования ошибки в данном методе является оператор, погрешность определяется при исполнении такого метода исключительно человеческим фактором. В отсчётных микроскопах измерение объектов производится при помощи отсчётных шкал, на которых нанесены насечки с известной частотой. Оператор сопоставляет длину измеряемого объекта с соответствующим отрезком шкалы и получает искомую величину. Перечисленные методики довольно грубы, имеют низкую точность и практически ушли из обихода современных наукоёмких технологий.
Более усложнённая система измерения представлена координатными микроскопами. Координатные микроскопы используются для осуществления высокоточных измерений в тех случаях, когда измеряемый объект имеет такие размеры, при которых он не попадает в одно поле зрения микроскопа. Измерения происходит путем подсчёта разности показателей шкал (лимбов ХY стола, либо высокоточных линейных датчиков перемещения стола) который фиксируется перекрестием окуляра в начале измеряемого отрезка и в конце. Если это необходимо, длина отрезка вычисляется по теореме Пифагора. Погрешность оператора сводится к минимуму, а измерение производится электронными или механическими устройствами. Описанные методы измерения касались работы с линейными геометрическими параметрами. При появлении необходимости работы с более сложной геометрией, такой как диаметры окружности, сферических поверхностей, радиусов кривизны и т.п. на помощь приходит метод автоколлимационный микроскоп. В основе автоколлимационного метода лежит получение параллельных пучков лучей света одним объективом. Сам автоколлиматор может находиться внутри прибора, либо быть съёмным окуляром, превращающий коллиматор в автоколлиматор.
Системы измерения с цифровой камерой или цифровые микроскопы
Все ошибки и погрешности вышеперечисленных систем измерения решаются при анализе цифрового изображения. Кроме минимизации погрешности оператора, появляется возможность измерения не только длин отрезков, но и диаметров окружностей, углов, площадей, расстояний между параллельными линиями и так далее.
Класс приборов, выполняющих относительные геометрические измерения, называется оптиметрами. Конструкция оптического прибора включает трубку оптиметра, крепление, система освещения и устойчивый столик для расположения измеряемого предмета. Технические требования регламентирующие работу с оптиметром описаны в ГОСТ 5405-75. Принцип измерения оптиметром основан на автоколлимационном изображении шкалы от качающегося зеркала. Автоколлиматор представляет собой комплектующее устройство, объединивший в себе коллиматор и зрительную трубу. Линейные измерения считываются при повороте зеркала, вызывающее смещение автоколлимационного изображения шкалы и зафиксированному указателю в правой части сетки.
Измерение толщин плёнок относится к иному типу задач в измерительной микроскопии. Для выполнения данных работ требуются другие методы, отличные от простого измерения геометрических величин исследуемых объектов, как например, длина, ширина, расстояние между точками.
Один из способов измерения, при помощи спектрофотометра, исследуя кривые отражения и пропускания. С их помощью можно не только установить толщину прозрачной плёнки, но и показатель преломления. Другой тип измерения, при помощи двойного микроскопа Линника, или метод теневого либо светового сечения. Интерференционный микроскоп так же является популярным прибором для определения толщин плёнок, при чём как прозрачных, так и непрозрачных.
В качестве измеряемой характеристики так же может выступать шероховатость поверхности. Основным прибором для выполнения измерений служит профилометр которые бывают контактного и оптического типа. При контактном методе измерения на приборе устанавливается кантилевер - чувствительная головка, которая перемещается по поверхности исследуемого образца и фиксирует все неровности поверхности. При оптическом методе обеспечивается сохранность объекта, и используются методы измерения, основанные на оптических эффектах. Профилометры успешно применяются не только в сфере промышленности, технологий, но и в криминалистике.
Гониометр – тип измерительных установок специализирующихся на измерении углов. Углы измеряются между плоскими гранями деталей абсолютным методом, таким образом, что сравнение проводится через точно градуированным лимбом в виде круговой шкалы. Так же могут измеряться показатели преломления прозрачных материалов, для определения параметров дифракционных решёток и измерения длин волн спектральных линий. При сравнении используется коллиматор и зрительная труба (или автоколлиматор), а также отсчётное устройство.
Измерительные машины – другая группа измерительных приборов, объединяющие под своим типом оптико-механические приборы применяемые для точного измерения деталей больших размеров. Измерения осуществляются контактным методом при помощи относительной шкалы, либо непосредственного измерения геометрических показателей на самом объекте.
Катетометры – тип измерительных приборов специализирующихся на измерении вертикальных расстояний между двумя точками не обязательно лежащих на одной прямой.
Видеоизмерительные микроскопы – есть новая ступень развития измерительного приборостроения. Данная категория приборов успешно применяется в таких сферах как машиностроение, приборостроение, электротехнологическая промышленность, и в широком спектре других высокотехнологичных и точных сфер производства и контроля.
Рисунок 1. Видеоизмерительная машина от компании "Профноватор" с продуманными
характеристиками и доступным программным обеспечением - оптимальный
вариант прибора для многих сфер промышленности.
Координатно-измеряемая машина – прибор автоматического высокоточного измерения с одновременным накоплением получаемых данных на устройстве-носителе для последующего анализа, статистической обработки и автоматического встраивания в отчётные формы и шаблоны. Для измерения объекта используется декартовая система координат со свободным выбором точки отсчёта и совпадающим с осями направлением перемещения подвижных узлов. Подвижные узлы являются несущими частями измерительных головок или деталей. Точности измерения на данном приборе достигают от 0,5 до 1 мкм.
Компания Keyence выпускает множество продуктов оснащенных лазерно-оптической технологией: датчики перемещения, машинное зрение, 3-осевые управляющие лазерные маркеры и микроскопы. Оптика данной компании предлагает наблюдение объектов с высоким разрешением в диапазоне до 5000 крат. Глубина резкости - одна из фундаментальных особенностей микроскопа, которая может сильно влиять на качество изображения и простоту эксплуатации. Объективы, камера и графический движок оптики компании Keyence спроектированы так, чтобы оптимизировать соотношение между глубиной резкости, разрешением и яркостью. Объективы обладают высокой телецентричностью для исключительно четких, комплексных изображений, даже при построении 3D-изображений. Чтобы наблюдать объект исследования под любым углом, достаточно наклонить объектив на 90 градусов и повернуть столик на 180 градусов. Наблюдение под разными углами может быть выполнено без необходимости манипулировать образцом вручную. Пользователи могут рассматривать изображения больших объектов используя ручной режим, который раньше не мог использоваться из-за несоответствия величине поля зрения других микроскопов. Что касается измерительных характеристик микроскопа, измерения размеров можно выполнять на микроскопе в реальном времени, простым щелчком мыши в области измерения. Полученные данные сохраняются вместе с файлом изображения для удобного обмена информацией, а результаты могут быть даже экспортированы в виде файла CSV. Отдельного внимания заслуживает камера VHX с высокой частотой кадров. Камера способна мгновенно сканировать образец в фокусном диапазоне, создавая полностью сфокусированное изображение с более полной информацией за минимально возможное время. В любой оптической системе, по мере увеличения изображения, поле зрения уменьшается. VHX включает в себя алгоритм сшивания изображений с моторизованной ступенью XY для автоматического перемещения и сшивания соседних снимков в режиме реального времени. Это обеспечивает высокое разрешение (до 20000 × 20000 пикселей) общего обзора объекта наблюдения, одновременно предотвращая любое смещение, как правило связанное с другими методами сшивания.
Видеоизмерительные микроскопы «Профноватор» являются уникальным товаром в категории универсальных видеоизмерительных машин. Измерительное оборудование внесено в Государственный реестр средств измерения. Большим преимуществом является официально сертифицированная поверка на перпендикулярность у измерителей компании “Профноватор” гарантирующая уменьшение искажении при работе со считыванием размеров объекта. Сильной стороной у данных приборов так же является наличие собственного программного обеспечения ProfVision. Данное ПО обеспечивает широкий охват задач, которые ставятся перед оператором при проведении измерений объекта. В ряд базовых измерительных функций данного программного обеспечения измерительной машины входит автоматический поиск граничных точек (сканирование контура), линий, окружностей, дуг и других геометрических форм. Создание дополнительных виртуальных геометрических элементов на базе уже присутствующих форм (поиск точки пересечение прямых, параллельных и перпендикулярных отрезков на основе заданных линий). В процессе работы с данной программой можно ставить ещё множество нетривиальных задач, которые можно решить при помощи инструментов в данном ПО. Неоспоримым положительными качествами является не только интуитивность использования, понятный интерфейс с расположением всех основных типов измерений на одной странице, импорт отчётов в удобные форматы файлов, но и возможность их редактирования. Таким образом, конечный пользователь может сам настроить необходимый шаблон конечного отчёта при работе с измерителями “Профноватор”. Так же в ряд преимуществ входит полная русифицированная программа и измерение параметров формы. Широко применяется в различных областях промышленности включая лаборатории и цеха машиностроения, приборостроения, и других технологически сложных отраслей. Использование видеокамеры в измерительном приборе с зум-объективом облегчает работу оператору, который переключается на анализ изображения с экрана монитора, а не объектива.
Рисунок 2. Измерительный микроскоп STM7 сочетает в себе большинство
методов контраста доступные современным микроскопам
Рисунок 3. STM7 от Olympus имеет уникальную оптику с большим ходом фокусировки и эргономичным предметным
столом - совмещает в себе все плюсы современного микроскопа и измерительного прибора.
