في قطاع التصنيع الحديث، ومع تزايد شيوع تصغير الحجم والدقة العالية والمواد المرنة، لم تعد طرق القياس التقليدية القائمة على التلامس قادرة على تلبية متطلبات جميع التطبيقات. عند التعامل مع مكونات قابلة للتشوه، أو مجهرية الحجم، أو معقدة هندسيًا، أصبح تحقيق قياس عالي الدقة دون لمس الجسم ماديًا حاجة ملحة. وقد برزت تقنية القياس البصري غير التلامسي كحل فعال، حيث أصبحت جزءًا أساسيًا من العديد من أنظمة التفتيش الصناعية.
1. ما هو القياس البصري غير التلامسي؟
كما يوحي الاسم، يشير القياس البصري غير التلامسي إلى الحصول على بيانات الأبعاد والسطح والموضع ومعالجتها عبر أنظمة بصرية، دون لمس الجسم المراد قياسه. يدمج هذا النهج تقنيات مثل معالجة الصور، والتحكم في مصدر الضوء، والبصريات الدقيقة، والخوارزميات الهندسية.
في سير العمل النموذجي، يُسقط مصدر ضوء إضاءة محددة - مثل إضاءة محيطية، أو إضاءة محورية، أو إضاءة مُهيكلة - على سطح قطعة العمل. ثم يُلتقط الضوء المنعكس أو المُرسَل بواسطة عدسات بصرية عالية الدقة (مثل العدسات المُتمركزة عن بُعد) ويُركّز على مستشعر صور CCD أو CMOS. بعد ذلك، يُجري نظام معالجة الصور عمليات كشف الحواف، وتحليل التدرج الرمادي، والحسابات الهندسية لاستخراج السمات وإخراج بيانات الأبعاد، بما في ذلك الطول، والقطر، والزاوية، والانحراف الموضعي.
من أهم مميزات هذه الطريقة عدم تلامسها، مما يُجنّبها خطر ضغط المادة أو تشوهها، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمكونات الحساسة مثل لوحات الدوائر المطبوعة المرنة، والأغشية الرقيقة، والأجزاء البلاستيكية المصبوبة.
2. المكونات الأساسية ومبادئ التشغيل
نظام مصدر الضوء
يُعدّ إعداد الإضاءة أمرًا بالغ الأهمية في القياس البصري. تؤثر تقنيات الإضاءة المختلفة بشكل مباشر على وضوح الصورة واستخلاص المحيط.
تنتج إضاءة المحيط (الإضاءة الخلفية) صورًا ظلية بالأبيض والأسود عالية التباين للحصول على ملف تعريف دقيق للحافة ثنائية الأبعاد.
تعتبر الإضاءة المحورية مثالية للأسطح العاكسة أو المعقدة، مثل المكونات المعدنية أو المزخرفة.
يتم استخدام الضوء المنظم (على سبيل المثال، شريط الليزر) لإجراء قياسات دقيقة لتضاريس السطح ثلاثية الأبعاد.
نظام التصوير (العدسة)
تُحدد العدسات عالية الجودة دقة الصورة ودقتها الهندسية. تحافظ العدسات المُتمركزة على تكبير ثابت عبر مجال الرؤية بالكامل، مما يُلغي الأخطاء الناتجة عن اختلافات مسافة الجسم. وهذا ضروري لقياسات الأبعاد عالية الدقة.
وحدة التقاط الصور ومعالجتها
بعد التقاط الصورة بواسطة مستشعر CCD أو CMOS، تخضع لخوارزميات معالجة تكتشف الحواف، وتستخرج الإحداثيات، وتحلل الهندسة. غالبًا ما تدعم الأنظمة الحديثة دقة أقل من البكسل، مما يُحسّن دقة القياس بشكل كبير.
منصة الحركة ونظام التحكم
في الأنظمة الآلية، تتحكم منصات المحاور X/Y/Z في حركة المستشعر أو الجسم، مما يتيح قياسات متعددة المواضع والزوايا. وبفضل وظائف التركيز التلقائي والمسح الضوئي للمناطق، تُحسّن هذه الأنظمة الإنتاجية والاتساق بشكل كبير.
3. المزايا والقيمة في الصناعة
بالمقارنة مع الطرق القائمة على التلامس، يوفر القياس البصري غير التلامسي العديد من المزايا الرئيسية:
تحسين الكفاءة
لا حاجة للفحص الميكانيكي، أو التثبيت، أو تنظيف المجسات بين الدورات. يتيح هذا النظام فحصًا سريعًا وعالي الجودة، ويناسب بيئات مراقبة الجودة سريعة التطور.
القدرة على التكيف مع المواد المعقدة والمرنة
مثالي لقياس المكونات التي تتشوه بسهولة، أو التي تكون هشة، أو صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها عن طريق التلامس - مثل أجزاء المطاط، أو الأغشية الرقيقة، أو الهياكل الدقيقة.
دقة من الميكرون إلى دون الميكرون
تلبي البصريات عالية الدقة وخوارزميات معالجة الصور المتقدمة المتطلبات الصارمة للتصنيع الدقيق الحديث.
الأتمتة القوية والتكامل الرقمي
سهل التكامل مع خطوط الإنتاج لإجراء عمليات فحص مباشرة، وتقييم آلي، وتتبع البيانات. يدعم الأهداف الأوسع للتصنيع الذكي والرقمي.
4. تطبيقات واسعة النطاق
تُستخدم القياسات البصرية غير التلامسية الآن على نطاق واسع في قطاعات مثل الإلكترونيات وأشباه الموصلات ومكونات السيارات والأجهزة الطبية والأدوات الدقيقة.
في تصنيع FPC (الدوائر المطبوعة المرنة)، يساعد في فحص عرض التتبع والتباعد.
في إنتاج القوالب، يتم التحقق من التوافق الأبعادي مع نماذج CAD.
في عملية حقن البلاستيك الدقيقة، يتم اكتشاف العيوب مثل الوميض وعلامات الغرق والتشوه - كل ذلك دون لمس الجزء.
من خلال فهم مبادئ ومكونات القياس البصري غير التلامسي، يمكن للمصنعين تعزيز سيطرتهم على ضمان الجودة. في التطبيقات العملية، لا تُحسّن هذه التقنية الدقة والكفاءة فحسب، بل تدعم أيضًا متطلبات الإنتاج المرن والمُخصص. مع استمرار تطور خوارزميات الرؤية والأجهزة البصرية، سيزداد دور القياس البصري في التفتيش الصناعي.