模塊化處理影像測量儀故障

邵振振，許巧巧，張 波

（鴻富錦精密電子（鄭州）有限公司，河南鄭州 450019）

0 引言

隨著多功能、全自動影像測量儀的不斷更新?lián)Q代，影像測量儀的維修也越來越復(fù)雜。對于很多新手而言，往往一種型號的維修還沒有完全摸透，就要面臨著下一代新產(chǎn)品到來。

目前市場上影像測量儀自動化程度高、功能強大、種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但都是由通用影像測量儀為基礎(chǔ)，搭載雙工位鏡頭、觸測探頭、激光探頭等。因此設(shè)備結(jié)構(gòu)雖然比較繁雜，但是維修理念基本相同。本文以通用影像測量儀為例，將使用功能區(qū)域模塊化，根據(jù)故障點排查所屬功能模塊區(qū)域，達到迅速處理故障的目的。

1 影像測量儀簡介

1.1 基本組成

通用的影像測量儀主要由計算機、電控柜、測量儀本體三大部分組成，如圖1 所示[1]。計算機主機主要包含配套測量軟件、電氣部件的驅(qū)動程序、串口卡、數(shù)據(jù)采集卡；測量儀本體主要包含有各軸運動平臺、光源及亮度控制卡、CCD 相機、操作手柄、外觀件、傳動件、光柵尺讀數(shù)頭及電控元器件等；電控柜作為測量儀控制主腦，包含有信號轉(zhuǎn)接板卡、運動控制卡、伺服驅(qū)動器、穩(wěn)壓卡、直流電源等。

圖1 影像測量儀結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

測量時，操作員通過操作控制手柄控制測量儀三軸運動，通過操作測量軟件控制光源照射到產(chǎn)品的亮度，利用變倍鏡頭光學(xué)放大成像，CCD 相機將光學(xué)下觀測到的物體影像數(shù)字化，測量出所需求的點、線、面、圓、輪廓等基本元素，通過測量軟件中的尺寸評價功能輸出所需的距離、位置、直線度、平面度、輪廓度、位置度等幾何公差尺寸。對于大批量相同產(chǎn)品，也可通過將量測過程編程，達到程序化自動測量的目的。

2 功能區(qū)域模塊化檢修故障

影像測量儀作為精密測量儀器，任何部件出現(xiàn)故障，其使用功能就無法實現(xiàn)。根據(jù)使用功能將影像測量儀分為以下5 個功能模塊。

2.1 運動控制功能模塊

運動控制功能模塊主要由操作手柄、電源、伺服驅(qū)動器、運動控制板、三軸電機、絲杠絲桿、信號轉(zhuǎn)接板及連接線材等組成。當(dāng)出現(xiàn)影像測量儀無法運行的情況時，應(yīng)首先查看X/Y/Z 方向上哪個方向不能動，若某一個方向不能動，則排查故障方向的軸、光柵、信號控制等。若三個方向都不能動，則進行以下排查：

（1）確認(rèn)操作手柄是否正常，若通過測量軟件可使儀器運行，而手柄操作不了，說明手柄故障需更換；計算機、測量儀本體、電控柜連接的線路接口是否有斷開或接觸不良，如有則重新連接結(jié)實。

（2）確認(rèn)電控柜內(nèi)部電路及控制板是否異常。檢查控制柜是否通電，打開電控柜柜門，查看直流電源與三軸伺服驅(qū)動器狀態(tài)顯示燈亮，如果亮則說明通電，如果不亮則需查看控制柜開關(guān)是否跳閘。如果未跳閘，則可借助多用表從電控柜三相插頭開始，順著電路往下對電控柜內(nèi)部各板卡（信號轉(zhuǎn)接板、運動控制卡、穩(wěn)壓卡等）進行排查。還有可能是運動控制卡驅(qū)動程序出現(xiàn)問題，將在軟件驅(qū)動功能模塊部分說明。

（3）排查測量儀本體部分上的三軸光電限位開關(guān)有無損壞、三軸光柵尺是否有劃痕油污、三軸讀數(shù)頭信號是否正常、傳動電機及導(dǎo)軌是否正常。如有損壞、異常，應(yīng)維修更換后重新確認(rèn)。

2.2 光源亮度功能模塊

光源亮度功能模塊主要由燈光控制卡、輪廓光源、同軸光源、環(huán)形光源及連接線路組成。使用時，通過測量軟件上光源控制選項的調(diào)節(jié)來控制不同類型光源的開啟及亮度的變化，得到所需要的燈光亮度。當(dāng)光源亮度功能出現(xiàn)故障時，應(yīng)進行以下操作：

（1）當(dāng)某一個光源不亮?xí)r，排查光源供電線路或光源是否損壞，如損壞則更換。

（2）測量儀運行時光源亮度閃爍不穩(wěn)定主要是供電線路因長時間使用，導(dǎo)致線路內(nèi)部老化，無法提供穩(wěn)定的電流輸出，需更換新線材。

（3）當(dāng)光源亮度無法控制或3 個光源都不亮?xí)r，需排查燈光控制卡是否損壞，若損壞則需更換。另外需要檢查燈光通道設(shè)置是否錯誤，若有錯則更改回正確的設(shè)置。

2.3 視覺成像功能模塊

視覺成像功能模塊由高解析度CCD 相機、高精度光學(xué)變倍鏡頭、數(shù)據(jù)采集卡、視頻信號傳輸線及連接線材組成。使用時，通過變倍鏡頭將測試產(chǎn)品圖像調(diào)整清晰，用高解析度CCD 相機獲取圖像，通過數(shù)字化技術(shù)傳回數(shù)據(jù)采集卡。當(dāng)視覺成像功能出現(xiàn)故障時，應(yīng)進行以下操作：

（1）當(dāng)圖像出現(xiàn)“雪花點”現(xiàn)象時，排查視頻信號傳輸線，查看視頻信號傳輸線接口處有無接觸不良或線材老化。

（2）當(dāng)軟件提示“數(shù)據(jù)采集卡錯誤”時，排查數(shù)據(jù)采集卡，清理干凈采集卡金手指，重新插入卡槽，如故障現(xiàn)象還未解決，則需更換新數(shù)據(jù)采集卡測試。

（3）當(dāng)CCD 無圖像時，排查CCD 相機，確認(rèn)相機供電及本身是否故障。

（4）當(dāng)圖像無法切換倍率大小時，排查電動變倍鏡頭，看變倍倍率是否無法切換。首先排查測量儀軟件中變倍鏡頭參數(shù)設(shè)置，若錯誤則更改正確；其次檢查電動變倍鏡頭倍率切換齒輪，拆開Z 軸外殼查看齒輪是否轉(zhuǎn)動（正常情況下，點擊變倍按鈕時，齒輪會轉(zhuǎn)動到位），同時檢查電動變倍鏡頭控制卡是否故障，如果不好排查，則更換相應(yīng)配件利用排除法進行排查，若配件損壞則更換。

2.4 精度功能模塊

精度功能模塊主要由影像測量儀的鏡頭探測精度和空間尺寸精度組成。影像測量儀的精度好壞直接影響到產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。當(dāng)影像測量儀出現(xiàn)精度不合格時，維護人員需及時參照J(rèn)JF 1318—2011《影像測量儀校準(zhǔn)規(guī)范》[2]進行以下操作：

（1）排查校驗補償探測誤差。利用測量儀自帶校準(zhǔn)補償程序，用標(biāo)準(zhǔn)板進行影像測量儀校準(zhǔn)補償，并驗證探測誤差直到合格。

（2）排查校驗補償尺寸誤差。利用測量儀自帶校準(zhǔn)程序，用標(biāo)準(zhǔn)玻璃線紋尺對影像測量儀進行尺寸測量，根據(jù)測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的差異，對測量儀精度文件進行修改達到補償?shù)哪康?，最后驗證校準(zhǔn)補償結(jié)果直到合格。

（3）如進行以上校準(zhǔn)補償仍不能解決問題，應(yīng)考慮是影像測量儀導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)等出現(xiàn)問題，這種情況需專業(yè)人員對儀器進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，激光干涉儀校準(zhǔn)后再進行一遍精度校準(zhǔn)驗證程序。

2.5 軟件驅(qū)動功能模塊

軟件驅(qū)動功能模塊主要包含各控制板卡（運動控制卡、串口驅(qū)動卡、圖像采集卡）的驅(qū)動程序。硬件的正常運轉(zhuǎn)，不僅需要其本身無故障，還需要正確安裝對應(yīng)版本的配套驅(qū)動程序。所以當(dāng)儀器出現(xiàn)故障時，排查驅(qū)動程序有無異常也至關(guān)重要。以顯示適配器驅(qū)動程序為例（圖2），查看設(shè)置管理器下顯示適配器驅(qū)動程序，發(fā)現(xiàn)帶“黃色感嘆號”，這說明驅(qū)動程序異常，需更新正確的驅(qū)動程序軟件。因此，當(dāng)影像測量儀功能出現(xiàn)異常時，也應(yīng)排查相應(yīng)驅(qū)動程序，確保驅(qū)動程序正常。

圖2 顯示適配器驅(qū)動程序異常

3 總結(jié)

通過將影像測量儀各功能區(qū)域模塊化，在處理故障問題時就可以避免繁雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，化繁為簡，明確快速的檢修到故障根源，避免無謂的排查工作，提高工作效率。維護人員應(yīng)加強學(xué)習(xí)影像測量儀軟件、硬件專業(yè)知識學(xué)習(xí)，對于整個影像測量儀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)了然于胸，才能在故障維修處理工作中做到得心應(yīng)手。