医疗器械制造的计量学独树一帜。供应商如何调整他们的设备以实现更快、更准确的测量？
随着医疗设备变得更加多样化和复杂，医疗设备的计量需要变得更加强大。制造商必须检查牙科植入物、冠状动脉支架、矫形关节和植入式电子设备。外科医生越来越多地使用复杂的、有时是一次性的手术工具。还有越来越多的消耗品，例如在快速生产线上生产的皮下注射针头。它们都需要更精确的质量控制。
利用图像分析的视觉系统通常非常适合医疗设备。为什么是愿景？很多原因。 “首先，对于这个行业，非接触式很重要，”Mitutoyo America Corp.（伊利诺伊州奥罗拉）的销售和服务副总裁 Mike Creney 解释说。 “很多设备在制造出来后就不能再碰了。”非接触式是重要的适用于经常由无数技术制成的精密设备。他解释说：“设备的注塑成型外壳包含电子和金属部件，例如针，这种情况并不少见。”
它们还需要比大多数接触式探针所能提供的更高的精度和分辨率. “典型的测头提供 5–10 µm 的精度，具体取决于机器。但是视觉机器可以提供低至 2 µm [的精度]。”一些 Mitutoyo 系统提供低至 0.25 µm 的精度。视觉系统也往往更快。 “接触式探针可能每秒提供一个点；我们的视觉系统每秒测量整个特征。对于正确的应用，它以实惠的价格提供了很多准确性，”Creney 说。
An OGP Fusion 基于视觉的多传感器系统stem 在医疗零件的工具上执行视频和接触式探针测量。更大的图像，更快的吞吐量
新的挑战和机遇不断涌现。 Starrett Kinemetric Engineering（加利福尼亚州拉古纳山）总经理 Mark Arenal 说：“医疗制造业越来越希望在更大的视野内进行更高精度的测量。”一个关键功能是确定边缘和特征的位置。每个像素的空间分辨率越精细，越准确。以前，他们会增加放大倍率并专注于较小的视场 (FOV) 以提高分辨率。
实现向更大 FOV 系统转移的关键技术是软件中增强的图像处理能力，可提供相同的精度根据阿雷纳尔的说法，从更大的图像来看。反过来，这又是由当今功能强大但价格低廉的计算系统实现的。 “我们使用强大的边缘检测和子像素化算法来解决 d详细介绍了这些更大的图像，”阿雷纳尔说。 “传统上你可能使用 1-2 毫米的 FOV；现在 50-75 毫米的 FOV 很常见。”结果是更快的测量和更大的灵活性。 Arenal 表示，例如，可以在一张图像中测量骨科膝关节植入物，一次捕获完整的轮廓。
视觉系统和相机也得到了改进。与业内其他公司一样，施泰力现在提供远心镜头作为一种选择。尽管远心镜头比传统镜头更重、更笨重，但它能以最小的光学畸变捕捉光线。这转化为更大的景深。有了它们，可以更轻松地将更多或更大的零件放入 FOV 中。 “我们还提供带有可互换远心和变焦镜头的系统，以实现更大的灵活性，”Arenal 说。 Starrett 还提供配备触摸和激光探头的视觉系统，他们的测量软件可以将它们整合到一个程序中。
公司y 的最新产品，水平数字视频 (HDV) 系列，是水平系统，使用 DXF/CAD 文件而不是 Mylar 覆盖作为测量参考，以数字方式模拟古老的光学比较器的许多功能。他们的下一个产品是 HDV 的变体。 “10 月份我们将发布 FLIP-HVR 视觉测量系统，”Arenal 说。 “它具有 175 毫米的 FOV，可以垂直或水平形式使用，以适应从螺纹轴到非棱柱轮廓几何形状的各种零件和应用。”
视觉扩展
Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC（明尼苏达州枫树林市）是视觉计量系统领域的一个相对较新的进入者，该公司的光学 CMM 产品经理 Jay Elepano 表示。他认为这对他们有利。作为 CMM 的领先供应商之一，蔡司开始以 CMM 思维开发视觉系统。这都是关于在 3D 中思考：“医疗部件是 3D 的，它们需要在像 3D CMM 一样校准 [和操作] 的系统上进行测量，”他说，并指出基于图像的视觉系统本质上是在 2D 中进行测量。 “膝关节、接骨螺钉或手术装置是复杂的 3D 形状。”
在 Apex 上，在 Mpe 中使用 PFF 的 Z 精度表示为 (1.5+4L / 1000) 微米评估到 Mitutoyo 检查方法。视觉系统可以使用附在 Z 轴上的刻度以及焦点和对比度测量来提供一定程度的深度测量。 “这些通常被称为 2.5D 系统，与真正的 3D 形成对比，”他说。他们需要一个额外的传感器来真正测量 3D、触摸、扫描或使用非接触式设备，有时需要关节。例如，蔡司多传感器 O-Inspect 线来它标配远心镜头、自适应照明系统和蔡司 VAST XXT 扫描模拟探头，可选择共焦白光系统。蔡司系统还使用大视场，这对提高速度和吞吐量很重要。
认识到这一点，整个行业几乎每个视觉供应商都提供各种额外的设备来进行 3D 测量，包括接触式探头、扫描探头、激光点和线扫描仪，以及白光或彩色传感器。
Elepano 表示，真正准确的 3D 测量的关键在于校准。 “由于我们没有遗产，我们看到配备接触式或扫描探头的视觉系统作为 CMM，也配备了视觉探头，”他解释说。 “它们是多传感器 3D CMM，而不是带有用于可选 3D 的探头的 2D 视觉系统。”为此，蔡司视觉系统完全按照最初为坐标测量机开发的国际 ISO10360 标准进行了校准。它的最新附录，第 7 部分，根据 ISO 网站，该标准于 2011 年推出，适用于使用成像探测系统的笛卡尔坐标测量机。他解释说：“我们假设探头是最精确的设备，就像 CMM 一样，并在 3D 的所有点上对我们的系统进行体积校准，并为视觉系统提供偏移量。”
来自 Mitutoyo 的 Creney，一家同样拥有坐标测量机血统的公司同意有必要遵守国际精度规范。 “我们遵守视觉系统的 ISO 10360-7 标准，”他说，并指出 Mitutoyo 为定义规范做出了贡献。
新传感器，新领域
Creney 还指出越来越多的光学、非接触式传感探头进入市场，例如激光或白光传感器。这种非接触式探头不仅不会损坏零件（接触式探头可能会出现这种情况），而且它们还可以测量小于接触式探头端球半径的特征。 “这些多传感器视觉系统它们在医疗领域具有吸引力，因为它们可以在一个系统而不是三个系统中进行 2D 测量、一些 2D 和 2.5D 轮廓绘制以及真正的 3D 扫描，”他说。他还指出，Mitutoyo 最近收购了 TAG optics，这是一家专门生产独特液体可调谐声学透镜的公司，该透镜可提供超快的变焦距聚焦。凭借亚微秒的速度，TAG Lens 的速度足以实时扫描 3D 体积，从而创建虚拟的大景深。
Mitutoyo 的 Points From Focus (PFF) 展示了操作员如何提取2.5D 仅使用视觉相机。使用对比度检测，视觉系统的物镜在 Z 方向上移动，因为 PFF 算法检测每个像素中每个对比度的峰值，确定其 Z 坐标。根据 Creney 的说法，QV Apex 系统可用于基于视觉的多传感器系统 QuickVision 系列，是 Mitutoyo 面向医疗客户的主力。
系统、接口和未来
据该公司称，Starrett 的 Flip-HVR 可用于垂直或水平格式，具有多功能性。Tom Groff，北美销售副总裁，QVI（纽约州罗切斯特）的 OGP 部门同意多传感器视觉系统有助于解决医疗设备中越来越多的计量问题。虽然新的传感器总是令人兴奋，但他的公司目前的重点反映了通过结合现有的创建功能更强大的系统的行业趋势具有更强大软件的传感器。
“我们最令人印象深刻的新产品是 Fusion 400，它结合了我们在一台机器上擅长的一切，”他说。它提供远心大视野(LFOV) 相机，具有可选的光学配置——100 毫米 FOV，具有长焦深和具有高放大倍率和自动对焦功能的 20 毫米 FOV。 “大 FOV 的一个好处是您无需创建零件程序，因为您现在可以看到整个零件。只需将它放在机器上并在一张快照中进行测量，”他说。
其他可用的传感器包括触发式测头、SP25 模拟扫描测头和 OGP 自己的同轴 TeleStar Plus 干涉直通式-透镜激光。 OGP 还提供其 Feather 和 Rainbow 微型探头，用于测量医疗应用中常见的易碎部件或精细特征。虽然视频可以快速测量大部分零件特征，但在同一台机器上安装其他传感器意味着操作员可以在不移动零件的情况下测量所有特征。根据 Groff 的说法，这种多功能性减少了测量时间并提高了生产率。
OGP 开发的另一个有趣的设备 - FlexPoint 坐标测量机系列 - 说明了坐标测量机与视频的持续融合。都是小号r 台式版本和桥式落地式 CMM 可以配备与 Fusion 相同的探头，以及 OGP 所称的 VersaFlex 多传感器头。这在铰接式探头头上提供了多达三个同时可用的传感器。根据 Groff 的说法，这样做的好处在于无需停机即可从机架上更换传感器或重新校准它们。
它还可以配备像探头一样安装的独特视频传感器。
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这是一个关键点——传统视频系统的一个局限性是它们是固定的，而移动舞台移动了它们下面的一部分。要获得不同的视图，需要夹具以不同的角度将零件呈现给相机。新的 QVI 传感器组件使用铰接式探头头围绕固定部件以 3D 方式移动相机和其他传感器。因此，虽然视觉系统很可能演变成完整的 CMM，但 CMM 也可能演变成灵活的视频系统。值得关注。
