Что такое машина для измерения длины?

Что такое машина для измерения длины?

Машина для измерения длины, как следует из названия, является устройством для измерения длины.

В настоящее время длина определяется расстоянием, которое свет проходит за единицу времени, на основе скорости света. Существует два метода измерения длины: прямой и косвенный.

• Прямой метод
  Это метод измерения длины путем сравнения ее со стандартной длиной или шкалой с использованием обычно используемой линейки, рулетки, штангенциркуля, микрометра и т. д.
• Косвенный метод
  Это метод измерения длины с использованием других физических величин, связанных с длиной, или с использованием электрических или оптических методов.

В большинстве случаев длину можно измерить прямым методом, но в случае длинных структур или объектов порядка микрометров используется косвенный метод, поскольку сложно подготовить стандартную длину (шкалу). Косвенный метод также используется, когда объект имеет сложную форму, недоступен или не позволяется к нему прикасаться.

Применение машин для измерения длины

Машины для измерения длины используются в различных областях, и для каждого применения следует выбирать лучшую. Существуют следующие типы:

• От нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров и достаточно малые, чтобы поместиться на ладони или на столе: например, линейки и штангенциркули
• От нескольких сотен миллиметров до нескольких метров в длину и довольно большие: например, рулетки и т. д.
• Микрометры для микроскопического наблюдения за готовым изделием с точностью порядка микрометров
• В полевых условиях, от нескольких метров до нескольких десятков метров: например, оптические методы (триангуляция, лазерный измеритель длины) для измерения мелких неровностей в прецизионных промышленных изделиях, таких как линзы или полупроводниковые пластины (лазерная интерферометрия)
• В таких технологиях, как рентгеновская компьютерная томография: применяется для измерений внутри объектов, недоступных для света или стилуса
• В нанотехнологической отрасли: где требуются измерения на уровне нанометров, сканирующая электронная микроскопия применяется таким образом

В качестве удобного приложения также разрабатываются методы измерения длины, основанные на анализе изображений, например, недавняя разработка приложения для измерения длины с помощью камеры смартфона.

Принцип работы машин для измерения длины

Метр определяется как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. Метрический прототип, основанный на этом, является стандартом длины. В принципе, прямой метод — это сравнение с этим метрическим стандартом.

Принцип измерения, основанный на определении длины, заключается в измерении времени пролета (ToF) света. Поскольку свет очень быстр, требуются сложные электронные технологии. Многие приборы лазерного типа теперь обычно используют метод измерения, основанный на разности фаз между модулированным по интенсивности падающим светом и отраженным светом.

По определению, это поведение света в вакууме, поэтому на практике его необходимо скорректировать с учетом показателя преломления воздуха. Лазерная интерферометрия использует явление интерференции между лазерными лучами.

Анализируя интерференционные полосы, возникающие, когда отраженный свет от опорной поверхности интерферирует с отраженным светом от измерительной поверхности для того же лазерного облучения, можно измерить расстояние от измерительной поверхности до опорной поверхности на нм-порядке. Мы привели в пример несколько приборов для измерения длины, но существует множество других методов.

Другая информация о машинах для измерения длины

1. Как использовать машины для измерения длины

Горизонтальная модель, используемая многими машинами для измерения длины, состоит из станины, возвратно-поступательного стола со встроенной стандартной шкалой, которая перемещается по станине, измерительного микроскопа, который наблюдает за стандартной шкалой, измерительной поверхности, на которой образец помещается под постоянной измерительной силой, и измерительного стола, который поддерживает измеряемый образец. Существует два типа горизонтальных приборов для измерения длины: один удовлетворяет принципу Аббе, а другой удовлетворяет принципу Эппенштейна.

В горизонтальных машинах для измерения длины, конструкция которых удовлетворяет принципу Аббе, измерение выполняется путем размещения измерительной оси образца и лицевой поверхности стандартной шкалы на одной прямой линии, так что погрешность измерения из-за углового отклонения от измерительной оси возвратно-поступательного стола из-за непрямолинейности станины пренебрежимо мала.

С другой стороны, в горизонтальных машинах для измерения длины, имеющих конструкцию, которая удовлетворяет принципу Эппенштейна, для устранения ошибок измерения из-за непрямолинейности станины измерение выполняется путем настройки машины таким образом, чтобы фокусное расстояние объективной линзы для стандартной шкалы было равно расстоянию между осью измерения образца и стандартной шкалой, когда они разделены, и путем оптического размещения фокальной плоскости линзы на стандартной шкале. Измерение выполняется путем оптического размещения фокальной плоскости линзы на стандартной шкале.

2. Лазерные машины для измерения длины

Лазерные измерительные машины длины направляют лазерный луч на объект и используют отраженный свет для измерения расстояния до объекта. Лазерные измерительные машины длины называются «датчиками смещения» или «датчиками расстояния» в зависимости от расстояния, которое необходимо измерить.

• Датчики смещения
  Датчики смещения — это машины измерения длины, которые измеряют короткие расстояния (десятки-сотни миллиметров) в микронах.
• Датчики расстояния
  Это машины измерения длины, которые измеряют большие расстояния (от нескольких миллиметров до нескольких метров) в миллиметрах.

Двумя известными методами измерения для машин для измерения длины являются метод триангуляции и метод времени пролета (ToF).

Метод триангуляции
Это метод измерения, который использует принцип триангуляции, основанный на отраженном свете, и состоит из излучателя света и приемника света. В качестве излучателя света используется полупроводниковый лазер. В методе измерения лазерный луч, сфокусированный от полупроводникового лазера через проекционную линзу, излучается на образец. Часть диффузного отражения лазерного света, излучаемого на образец, формирует пятно изображения на фотодатчике через светоприемную линзу. Определяя и вычисляя положение отображаемого пятна, можно измерить величину смещения от образца.

Система, которая использует светоприемный элемент CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), называется системой CMOS, в то время как система, которая использует светоприемный элемент CCD (Charge Coupled Device), называется системой CCD.

Время пролета (ToF)
Этот метод измеряет расстояние путем измерения времени, необходимого для отражения облученного света от образца и его приема светоприемной частью. Существует два метода: метод расстояния разности фаз, который использует разность фаз между длиной волны излучаемого света и длиной волны принимаемого света, и метод распространения импульса, который излучает лазерный луч с фиксированной шириной импульса.