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天灾能预防吗?科技来说话!Faulhaber助力地质扫描及勘测

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2018/10/10 15:20:05

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  • 关键词: FAULHABER 直流电机 地质扫描
  • 摘要:如今,这些胶片可通过高品质的扫描仪逐步向数字化迈进,不过,这类应用对精度和分辨率的要求都非常高。同时,还需加大容量,有些胶卷甚至长达150米,重52千克。这不仅对光学系统提出巨大需求,同时也对性能提出更高要求。

“山竹”的肆虐,让人们再次意识到大自然的威力以及人类的渺小,唯有善待大自然,并通过高科技手段来预防天灾才能避免受到更大伤害。

 

探索,永不止步

     

毫无疑问,在大自然的探索过程中,真实的高精度影像资源十分宝贵。数码摄影改变了世界,但专业的摄影领域仍需利用胶片相机,以便实现精准测量,例如拍摄航空照片。这些专用设备通常重达200磅,目前还未被数字技术取代。

如今,这些胶片可通过高品质的扫描仪逐步向数字化迈进,不过,这类应用对精度和分辨率的要求都非常高。同时,还需加大容量,有些胶卷甚至长达150米,重52千克。这不仅对光学系统提出巨大需求,同时也对性能提出更高要求。

 

从平面到立体的成像效果

 

在拍摄过程中,每张图片需取自不同方向,以便通过一系列平面图片形成立体感,然后通过统一的坐标系进行处理。

 

接着,可通过特殊的程序计算出高程点的三维坐标,并以几何和辐射的最高精度对拍摄的图片进行扫描,以生成图像并叠加。这一过程对扫描仪的性能提出了非常高的要求。

 

INTERGRAPH开发的PhotoScan是专门用于扫描摄影测绘图像的设备,其分辨率达7微米,可满足扫描图像的要求,并确保高质量的扫描效果。

摄影测量学是测量图像的一种方法,可用于诸多领域,包括地质测量、农业、制图和环境研究。

 

该装置适用于扫描尺寸为236 *236毫米,长达150米的标准胶片,其中,底片架是固定的。可移动式CCD传感器的宽度达40毫米,可逐行扫描图像。在该过程中,轴几何精度的单调速率调度(RMS)优于2微米。

 

恒速执行机构的重要性

 

INTERGRAPH公司的项目经理Klaus Neumann表示,“CCD传感器的高分辨率必不可少,如果执行机构不能提供相同的机械分辨率,那么传感器的高辐射精度则会无效。因此,执行机构的分辨率需达到千分尺”。

 

值得一提的是,这些高性能扫描仪还配备了微电机专家FAULHABER开发的执行机构。

Faulhaber直流电机

   

执行机构在x轴方向以恒定速度移动CCD传感器。Neumann强调到,“在高分辨率下,即使是轻微的摇晃,也会引起关注。因此,按恒定速度来操作执行机构尤为重要。否则,图像会受到信号及噪音的影响,我们采用的是铜石墨换向的直流微电机。即便是在低速情况下,它仍能实现高精度的同步运行。”

 

由于采用了无铁芯转子线圈,因此钟罩式电枢电机无齿槽,可确保无转矩脉动及速度的高度稳定性。用户还可通过安装在电机上的测速发电机和脉冲发生器来精确地控制旋转速度和位置。模拟测速发电机能非常迅速地提供速度信息,而脉冲发生器可提供精确的位置信息。

     

高精度

     

当传感器扫描某一行图片后,执行机构会沿着x轴将其移回。同时,其它执行机构则按照传感器的宽度沿着y轴精确移动。

   

接着,传感器将无缝扫描下一行图片。由于设计原因,扫描仪的x轴和y轴不完全呈直角。即便是最小的角度偏移,若未达到1微米的分辨率,也会造成严重后果。因此,第二台执行机构不仅需要定位上一行扫描图片旁的传感器,其精度还需达到微米。在x轴上,执行机构还需补偿轴的位置误差,这样扫描的图片精度才能确保前后一致。

完美的解决方案是,作为含电子电路控制回路的有源元件,采用带有脉冲发生器或编码器的直流钟罩式电枢电机能在极短时间内非常精确地响应,且无过冲。

结构紧凑,功能强大

 

相片扫描仪的扫描速度非常快。扫描标准尺寸为236 x236毫米,像素为14微米的胶片仅需七分钟,性能优异。当扫描含有550张图像的整卷胶片时,可在夜间独立处理所有流程。长达数米的胶片可通过胶卷实现自动馈送。

 

此外,直流钟罩式电枢电机起到了举足轻重的作用。在这种情况下,拥有高扭矩水平的致动器至关重要,其结构紧凑,同时还可节能。此时,绝对精度并非必要,胶片完全可以精确定位到毫米,通过比较胶片上的帧膜,扫描仪可确定精确值的起始点。

 

因此,高分辨率光学系统与紧凑的高性能执行机构技术之间,通过相互作用可实现完美的画面效果,并帮助研究人员更精准的测量地质及大自然动态。

审核编辑(何为)
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