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譯文：
激光測徑儀的發(fā)展
Daisuke Knono
測徑儀大至分激光掃描測徑儀，CCD投影測徑儀，激光衍射測徑儀，其中前兩者都屬光學(xué)的幾何原理，后者為利用光學(xué)的波動(dòng)原理。
CCD投影測量徑儀，由于電機(jī)速度畢竟有限，而且掃描的平行光帶不太容易保證，再加上現(xiàn)在平行光管與CCD的技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多企業(yè)開始采用CCD成像法測量直徑，在國內(nèi)以上海歐勒在這方面做得較早，其光源采用波長較長的紅外光，抗干擾較強(qiáng)，由于少了許多機(jī)械件，所以設(shè)備較穩(wěn)定可靠，但CCD成像受相素的制約，在精度上不太容易拓展，特別是大直徑的物體測量，但又不能太細(xì)，太細(xì)會(huì)有掃描測徑儀相同的問題。
激光衍射測徑儀，利用衍射原理測量細(xì)線的直徑，此技術(shù)與前兩項(xiàng)剛好相反，只適用于測小直徑的細(xì)絲，而且越細(xì)越好，因?yàn)榇思夹g(shù)是利用衍射原理，理論只有當(dāng)波長與被測物相近或大于被測長物時(shí)衍射最明顯。據(jù)網(wǎng)上查詢，目前輝煌在這方面處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品在測量5um到300um的細(xì)絲是沒問題的，根據(jù)其廣告宣傳最大可以測量到500um。其精度由于限于標(biāo)準(zhǔn)樣件和測試環(huán)境的影響，現(xiàn)在只有0.2um左右，但其重復(fù)精度相當(dāng)高，這是細(xì)絲測徑儀的一個(gè)發(fā)展方向。
在大直徑測量方面， 據(jù)廣告資料顯示，現(xiàn)在市場上明銳做的測徑儀最大已經(jīng)可以測量400mm，而真尚有測徑儀通過多傳感器協(xié)同工作也可測直徑高達(dá)500mm，上海共久電氣有限公司測徑儀通過雙光路邊緣測量原理，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1600mm最大外徑測量，并以在大型管道行業(yè)投入應(yīng)用。大直徑測量主要有兩個(gè)方向，一個(gè)是通過雙鏡頭實(shí)現(xiàn)，但這樣會(huì)犧牲一些小直徑的測量范圍，另一種是通過單鏡片實(shí)現(xiàn)，但這樣對鏡頭的加工難度和質(zhì)量保證及成本控制上提出較大要求。
測量原理
目前，國內(nèi)比較常用的兩種非接觸測量方法，一種是基于CCD器件接收光信號(hào)的測量方法，另一種是激光掃描測量方法。兩種方法各有各的優(yōu)勢以及劣勢，下面讓我們來看看他們的基本工作原理。
第一種測量原理：CCD尺寸測量
CCD尺寸測量系統(tǒng)基本都由CCD像傳感器、光學(xué)系統(tǒng)、微機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)組成，我們先來看一下采用CCD測量的基本原理：
線陣CCD平行光法進(jìn)行非接觸測量的基本原理：將線陣CCD置于平行光路，被測物放于CCD前方光路中，射向CCD的光就被物體擋住一部分，因此CCD輸出的信號(hào)就有一個(gè)凹口。顯然，凹口的寬度與物體的尺寸有一一對應(yīng)的關(guān)系，我們利用數(shù)字電路設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)處理就很容易的得到凹口對應(yīng)的CCD像元數(shù)，從而計(jì)算出被測物體的尺寸。但是我們也很容易的發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：這種測量方法要求CCD光敏區(qū)的長度大于被測物體的尺寸，而大尺寸的CCD特別昂貴，所以必須通過其他方法來實(shí)現(xiàn)光的接收。
CCD尺寸測量基本原理
顯然CCD接收法它具有一些獨(dú)特的一般機(jī)械式、光學(xué)式、電磁式測量儀無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這與CCD本身的自掃描高分辨率高靈敏度結(jié)構(gòu)緊湊位置準(zhǔn)確的特性密切相關(guān)，其中關(guān)鍵的技術(shù)就是光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和CCD輸出視頻信號(hào)的采集與處理，但是也存在著很多常見的問題，諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)。下面讓我們來看一下，CCD測量的方法有哪些缺點(diǎn)：
(1)采用CCD接收然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法，測量的精度受限于CCD像元的大小!我們知道CCD像元不管哪個(gè)部位接收到光，都會(huì)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，從而制約了CCD測量方法的測量精度。當(dāng)然我們也可以采用盡量小的CCD像元，使它的測量誤差盡量減小。但我們也知道，CCD的像元越小，CCD的成本就越高，這是一個(gè)沒辦法回避的矛。
(2)同時(shí)，由于我們知道，CCD光敏區(qū)一般為28mm，這就直接限制了被測物體的大小，系統(tǒng)的型號(hào)受限。
(3)衍射，我們知道衍射在精密測量中是無法回避的問題。而在這里我們的CCD像元不是連續(xù)的，是一個(gè)一個(gè)像元互相緊密排列組成的，而由于衍射造成的光的傳播不是直線的，結(jié)果就很容易出現(xiàn)很大的誤差。
第二種測量原理：激光掃描測量
激光掃描測徑儀系統(tǒng)采用激光器發(fā)出的光束通過多面體掃描轉(zhuǎn)鏡和掃描光學(xué)系統(tǒng)后，形成與光軸平行的連續(xù)高速掃描光束，對被置于測量區(qū)域的的工件進(jìn)行高速掃描，并由放在工件對面的光電接收器接收，投射到光電光電接收器上的光線在光束掃描工件時(shí)被遮斷，所以通過分析光電接受器輸出的信號(hào)，可獲得與工件直徑有關(guān)系的數(shù)據(jù)。為保證測量的高精度以及可靠性，光掃描計(jì)量系統(tǒng)必須滿足以下三點(diǎn)基本要求：
(1)激光束應(yīng)垂直照射被測物體表面；
(2)光束必須對物體表面做勻速直線掃描運(yùn)動(dòng)；
(3)掃描時(shí)間必須測的很準(zhǔn)確。
而在現(xiàn)實(shí)情況下，掃描速度并不是常數(shù)，而是隨掃描轉(zhuǎn)鏡的角位移的變化而變化，這樣就會(huì)產(chǎn)生原理誤差。
綜上所述，我們可以看出，使用CCD進(jìn)行測量的這種方法有它的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有它自己無法克服的缺點(diǎn)。再看利用激光掃描測量直徑的方法，雖然會(huì)出現(xiàn)如掃描速度達(dá)不到均勻而產(chǎn)生的原理誤差，但是我們可以利用算法的不同降低這部分誤差。
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