เกจเส้นผ่านศูนย์กลางทรงกลมอัตโนมัติเต็มรูปแบบเป็นอุปกรณ์ตรวจสอบด้วยแสงที่ใช้สำหรับการวัดรัศมีความโค้ง ความยาวโฟกัส และข้อผิดพลาดของทรงกลมของพื้นผิวทรงกลม (พื้นผิวนูน/เว้า) ที่มีความแม่นยำสูง- หลักการหลักมีศูนย์กลางอยู่ที่โมดูลหลักสองโมดูล ได้แก่ "การแมปพารามิเตอร์แบบออปติคอล" และ "การควบคุมที่แม่นยำแบบอัตโนมัติ" ซึ่งสามารถแยกย่อยออกเป็นสามลิงก์หลักโดยเฉพาะ:
1. หลักการตรวจจับด้วยแสงขั้นพื้นฐาน: การหักย้อนกลับของพารามิเตอร์ตามเลนส์เรขาคณิตและเอฟเฟกต์การรบกวน
แกนกลางอยู่ที่การสร้าง "เส้นทางแสงที่รู้จัก" ผ่านระบบแสง โดยใช้คุณลักษณะการสะท้อน/การหักเหของพื้นผิวทรงกลมที่วัดได้ เพื่อแปลง "พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตทรงกลม (เช่น รัศมีความโค้ง)" เป็น "สัญญาณแสงที่วัดได้ (เช่น ตำแหน่งจุด ขอบสัญญาณรบกวน)" จากนั้นอนุมานพารามิเตอร์เป้าหมายผ่านแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เส้นทางทางเทคนิคกระแสหลักแบ่งออกเป็นสองประเภท:
วิธีการปรับภาพอัตโนมัติ (เหมาะสำหรับการวัดอย่างรวดเร็วที่มีความแม่นยำปานกลางและต่ำ)
การออกแบบเส้นทางแสง: แสงคู่ขนานที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่เรียงตัวกัน (เช่น เลเซอร์ He-Ne) จะถูกสะท้อนโดยตัวแยกลำแสง จากนั้นตกกระทบในแนวตั้งฉากบนพื้นผิวทรงกลมที่จะวัด
การสร้างสัญญาณ: หากแสงขนานตกกระทบบนพื้นผิวทรงกลมนูน แสงสะท้อนจะมาบรรจบกันที่ "ศูนย์กลางของความโค้ง" ของพื้นผิว เมื่อตกกระทบบนพื้นผิวทรงกลมเว้า แสงสะท้อนจะเบนออกเพื่อสร้างโฟกัสเสมือน (เทียบเท่ากับการแผ่รังสีจากจุดศูนย์กลางความโค้ง)
การคำนวณพารามิเตอร์ อุปกรณ์จะจับตำแหน่งของจุดโฟกัสของแสงที่สะท้อนผ่านเซ็นเซอร์ภาพ CCD ที่มีความแม่นยำสูง- ด้วยการรวมความแตกต่างของระยะห่างระหว่าง "ระนาบอ้างอิง (เช่น ระนาบโฟกัสของเลนส์ปรับแนวที่ติดตั้งไว้ในอุปกรณ์)" และ "จุดโฟกัส" แล้วแทนที่ลงในสูตร R=2×(L - f₀) (โดยที่ R คือรัศมีของความโค้ง L คือระยะที่วัดได้ และ f₀ คือความยาวโฟกัสของเลนส์ปรับแนว) รัศมีของความโค้งจะถูกอนุมานโดยตรง
อินเทอร์เฟอโรเมทรี (เหมาะสำหรับการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง- โดยมีความแม่นยำ ±0.1μm)
การออกแบบเส้นทางแสง: เส้นทางแสงของการรบกวนของ Michelson ถูกนำมาใช้เพื่อแบ่งแหล่งกำเนิดแสงที่เรียงตัวกันออกเป็นสองลำ - ลำแสงหนึ่งตกกระทบบน "กระจกระนาบอ้างอิง" (ระนาบมาตรฐาน) และลำแสงอีกลำตกกระทบบน "พื้นผิวทรงกลมที่วัด" หลังจากที่ลำแสงสะท้อนทั้งสองรวมตัวกันอีกครั้ง "ขอบสัญญาณรบกวนที่มีความหนาเท่ากัน" จะเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของเส้นทางแสง
การวิเคราะห์สัญญาณ: การเปลี่ยนแปลงความโค้งของพื้นผิวทรงกลมจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน "รูปร่าง (เช่น วงกลมหรือวงรี)" และ "ระยะห่าง" ของขอบสัญญาณรบกวน - หากความโค้งของพื้นผิวทรงกลมสม่ำเสมอ ขอบจะเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน หากมีข้อผิดพลาดของสภาพทรงกลม (เช่น การยื่นออกมา/การกดลงเฉพาะที่) แถบจะเลื่อนหรือเสียรูป
การคำนวณพารามิเตอร์ ซอฟต์แวร์จะระบุตำแหน่งกึ่งกลางของขอบสัญญาณรบกวนและระยะห่างขอบโดยอัตโนมัติ เมื่อรวมกับความยาวคลื่น (เช่น ความยาวคลื่นเลเซอร์ 632.8 นาโนเมตร) ความแตกต่างของเส้นทางแสงจะได้มาจาก "ความแตกต่างของลำดับขอบ" จากนั้นจึงแปลงเป็นรัศมีความโค้งและข้อผิดพลาดระดับทรงกลม แกนกลางของสูตรที่ได้มาจากความแตกต่างของเส้นทางแสง=2×Δh=k×λ (Δh คือความแตกต่างของความสูงระหว่างพื้นผิวทรงกลมและพื้นผิวอ้างอิง) k แสดงถึงลำดับขอบ และ แล แสดงถึงความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง
2. โมดูลระบบอัตโนมัติ: ขจัดข้อผิดพลาดด้วยตนเองและบรรลุการควบคุมที่แม่นยำตลอดกระบวนการทั้งหมด
ต่างจากข้อจำกัดของเกจเส้นผ่านศูนย์กลางลูกบอลแบบแมนนวลที่ต้องอาศัยการโฟกัสแบบแมนนวลและการอ่าน เกจเส้นผ่านศูนย์กลางลูกบอลอัตโนมัติเต็มรูปแบบสามารถชดเชยข้อผิดพลาดและกระบวนการอัตโนมัติผ่าน "การควบคุมแบบเมคคาทรอนิกส์" เทคโนโลยีหลักประกอบด้วยสามประเด็น:
การจัดตำแหน่งและการโฟกัสอัตโนมัติ
เมื่อติดตั้ง "รางนำไฟฟ้าที่มีความแม่นยำ" (ความแม่นยำในการวางตำแหน่งซ้ำน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05μm) และ "เลเซอร์ดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์" ทำให้สามารถปรับตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างพื้นผิวทรงกลมที่วัดและระบบออพติคอลได้โดยอัตโนมัติ เพื่อให้แน่ใจว่าแสงตกกระทบตั้งฉากกับจุดยอดของพื้นผิวทรงกลม (หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากการเบี่ยงเบนของมุมที่ตกกระทบ)
ระบบโฟกัสอัตโนมัติ-รวบรวมความชัดเจนของจุดแสงแบบเรียลไทม์ผ่าน CCD และปรับความยาวโฟกัสของเลนส์โดยอัตโนมัติตาม "อัลกอริธึมความคมชัดของขอบ" เพื่อให้จุดโฟกัสของแสงที่สะท้อนอยู่บนพื้นผิวการถ่ายภาพที่เหมาะสมที่สุดของเซ็นเซอร์ ความแม่นยำในการโฟกัสสามารถเข้าถึง ±0.01μm
การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลอัตโนมัติ
ไม่จำเป็นต้องอ่านด้วยตนเอง: เซ็นเซอร์ CCD จะรวบรวมสัญญาณแสงที่ความถี่ที่ตั้งไว้ (เช่น 10 เฟรมต่อวินาที) และซอฟต์แวร์จะกรองสัญญาณรบกวนออกโดยอัตโนมัติ (เช่น การรบกวนของแสงโดยรอบ) และแยกสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ (เช่น โปรไฟล์ขอบสัญญาณรบกวน พิกัดจุดโฟกัส)
การคำนวณและการสอบเทียบตามเวลาจริง-: - ในตัว "ฐานข้อมูลบอลมาตรฐาน" (เช่น บอลมาตรฐานควอตซ์ที่มีรัศมีความโค้งที่ทราบ) เรียกบอลมาตรฐานโดยอัตโนมัติสำหรับ "การสอบเทียบข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ" (ชดเชยข้อผิดพลาด เช่น ระยะห่างของรางนำทางและการชดเชยเส้นทางแสง) ก่อนการวัด และป้อนพารามิเตอร์การสอบเทียบระหว่างการวัดเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้องของข้อมูล
เอาต์พุตการเชื่อมโยงหลาย-พารามิเตอร์
การวัดครั้งเดียวสามารถส่งออกพารามิเตอร์ไปพร้อมกัน เช่น "รัศมีความโค้ง (R), ความยาวโฟกัส (f ตามสูตร f=R/(n-1) โดยที่ n คือดัชนีการหักเหของวัสดุ) ความคลาดเคลื่อนของทรงกลม และความหนาของจุดยอด" โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโหมดการวัดหลายๆ ครั้ง
รองรับการส่งออกข้อมูลอัตโนมัติ (เช่น ในรูปแบบ Excel และ CAD) และสร้าง "รายงานการวิเคราะห์ข้อผิดพลาด" (เช่น รูปแบบขอบสัญญาณรบกวนและเส้นโค้งการกระจายความโค้ง) ตรงตามข้อกำหนดด้านการตรวจสอบย้อนกลับคุณภาพของการผลิตส่วนประกอบทางแสง
3. หลักการข้อได้เปรียบหลัก: เหตุใดจึงเหนือกว่าอุปกรณ์แบบแมนนวล?
ข้อดีของความแม่นยำและประสิทธิภาพมาจาก "การควบคุมข้อผิดพลาดในระดับหลักการ":
หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการโฟกัสแบบแมนนวล: อุปกรณ์แบบแมนนวลอาศัยสายตาของมนุษย์ในการกำหนดจุดโฟกัส โดยมีข้อผิดพลาดสูงถึง ±5μm ในขณะที่อุปกรณ์อัตโนมัติเต็มรูปแบบจะวางตำแหน่งอย่างแม่นยำผ่านอัลกอริธึม ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดลงเหลือ ±0.01μm
ขจัดสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อม: โมดูลอุณหภูมิคงที่ในตัว- (ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±0.1) ชดเชยการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัวของวัสดุ และการออกแบบปิดเส้นทางแสงอัตโนมัติจะช่วยลดอิทธิพลของการไหลของอากาศและการสั่นสะเทือนบนเส้นทางแสง
การปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำ: ข้อผิดพลาดในการทำซ้ำของการวัดด้วยตนเองมักจะมากกว่า 0.5% ในขณะที่อุปกรณ์อัตโนมัติเต็มรูปแบบผ่านกระบวนการมาตรฐาน สามารถควบคุมข้อผิดพลาดในการทำซ้ำได้ภายในน้อยกว่า 0.05%
