齿轮技术
KLINGELNBERG (克林贝格)光学测量:来自于实验室应用到标准常规测量

发布时间:2021.10.14 11:33  浏览次数:  作者:

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光学测量的初始研发阶段主要集中在实验室领域的应用,而现在可用的解决方案将系统地应用到圆柱齿轮批量测量中。主要优势是通过将测量时间最多缩短40%,从而达到更高的效率。

 

在2017年的汉诺威EMO展会上,Klingelnberg(克林贝格)就首次展示了光学测量混合解决方案的初始研发阶段。当时的应用主要集中在轴对称齿轮零部件的数字化上。因此,锥齿轮和圆柱齿轮等部件以及其它几何形状都可以采用极高的点密度(数字化)进行测量,然后进行额外的处理。

 

这种额外的处理非常灵活。除了简单地将结果描绘为3D模型之外,还可以与CAD目标几何体进行比较,或者可以通过创建截面图形进行几何评估。例如,此应用被使用在逆向工程中。

 

“在过去三年中,我们显著地提升了我们的Klingelnberg(克林贝格)光学测量系统,”Klingelnberg(克林贝格)光学测量项目经理 Markus Finkeldey 解释说。“特别是在传感器系统、测量数据采集和进一步处理方面,取得了重大进展。”

 

亚微米级的高精度

 

在初始研发阶段,使用了高精度激光三角传感器。这种传感器技术非常适合上述数字化应用。然而,激光三角测量的物理限制约束了其对齿轮部件的亚微米级测量。

 

“由于多年来精密测量中心的齿轮接触式测量已经极其成熟,测量精度也令人印象深刻,因此我们的客户对Klingelnberg(克林贝格)测量中心的光学测量的期望也相应很高,”Klingelnberg(克林贝格)的应用工程师 Peter Mancasola 指出。“仅进行数字化可接受的精度限制对于其他测量任务是不可接受的。”

 

新型白光测量系统

 

为此,Klingelnberg(克林贝格)一直专注于光学测量的整个信号链,并与其他研发合作伙伴联手开发了针对齿轮测量要求量身定制的白光测量系统。在该系统中,有载流元件,例如大功率光源、电子元件和信号处理装置,与控制柜中的传感器分开布置。这样做的显著优势在于可以防止在传感器本身以及传感器周围区域,例如:3D 测头上发生热效应


与激光传感器相比,该传感器具有更有利的、紧凑的设计。此外,与激光传感器相比,由于同轴光直接指向零件表面并返回,因此该传感器在所有方向上均同等工作。

 

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1: 采用HISPEED OPTOSCAN测量齿距

 

大镜头光圈可以在高度倾斜的表面上进行测量,这在齿轮测量上是必然发生的情况。得益于系统的高分辨率,现在可以确保在亚微米范围内进行测量。

 

小结

 

Klingelnberg(克林贝格)光学测量——新的起点

 

Klingelnberg (克林贝格)拥有系统性先进的光学测量,并引入了一种新的白光传感器技术,非常适合亚微米范围内的测量。这将允许接触式齿距测量被光学测量所取代,从而显著减少批量测量应用中的测量时间。

 

降低批量测量时间

 

整个零件的数字化是光学测量非常适合的应用。然而,对于高精度磨削传动齿轮的批量测量,没有必要以高密度点测量整个零件的几何形状。相反,重点是有接触式测量级别的高测量精度,同时减少测量时间。出于这个原因,Klingelnberg (克林贝格)在其光学测量的最新发展阶段制定了解决方案。

 

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2: 测量运行示意图

 

在圆锥齿轮的批量测量中,通常在三个或四个齿上测量齿形和齿向,对所有齿进行齿距测量。这种接触式齿距测量必然需要将测针伸入每个齿槽中。相比之下,通过光学测量,测针无需伸入到齿槽中。因此,齿距测量提供了很大的可能性来减少测量时间

 

通过对零件进行一次连续、不间断的转动,对齿距进行光学测量,测量时间的优势随着齿数的增加而提升80%。无需多次旋转扫描齿轮的大片区域。

 

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3: 光学传感器缩回状态

 

这种光学式齿距测量将与接触式齿形齿向测量相结合。总的来说,总测量时间最多可减少40%。

 

因此,在测量中心使用率高的情况下,光学测量配置的成本很快就可以收回。

 

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4: 光学传感器伸出状态

 

高精度测量结果

 

然而,减少测量时间并不是唯一的关键因素。同样重要的是实现测量结果的高精度,即使是针对磨削表面和大齿形角的极其复杂的齿轮也是如此。这是对传感器技术、分析算法和测量策略进行深入优化后的结果


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5: 产品范围

 

操作上唯一的区别是用户必须在已经熟悉的圆柱齿轮测量软件中选择光学齿距测量。测量过程会相应地自动修改,并使用光学传感器进行齿距测量。接触式3D NANOSCAN 探测系统和光学 HISPEED OPTOSCAN 传感器在整个测量过程中自动切换,耗时约1.5秒。

 

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6: 用户界面测量软件,选择光学齿距测量

 

通过从接触式测量切换到光学齿距测量,圆柱齿轮的批量测量时间最多可减少40%。

 

在一系列内部分析中, Klingelnberg(克林贝格)评估了一组典型的来自于乘用车变速器、电动汽车和量规领域的圆柱齿轮。在具有不同反射和吸收特性、以及不同精度等级的一系列齿轮形状下,实现了与接触式测量同等的精度。该系统甚至可以用于具有极其精细的表面和粗糙度Rz=1µm 的齿轮。

 

Klingelnberg(克林贝格)应用工程技术主管Holger Haybach说道:“为了毫无疑问地确定一个零件是否适合光学测量以及是否可以实现相应的测量时间优势,我们可以给用户提供试测和演示”。

 

越多,越好

 

就可以实现的测量时间优势而言,有一点是正确的:齿数越多,优势就越大然而,如下表中的示例所示,即使是具有 29 个齿的零件也能从显著的时间优势中受益。


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图7: 测量结果, 齿形和齿向

 

下一个发展阶段

 

该系统为进一步的应用提供了巨大的潜力。尤其是对于涉及耗时的单个触碰和复杂运动模式的接触操作组成的测量任务,光学测量能够减少测量时间。 但光学测量也是复杂几何形状上快速扫描步骤的理想选择。

 

                                                      接触式测量                                                        光学测量
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图8: 齿距测量结果, 接触式和光学测量结果对比

 

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9: 测量示例


Klingelnberg (克林贝格)精密测量中心产品线总监 Christof Gorgels 博士展望道:“对于系统的进一步开发,我们已经有了很多想法,包括齿根和齿顶测量,轴向位置,圆度和其它形状测量任务。 我们希望利用客户的反馈来确定优先项目。这就是为什么我们对Klingelnberg(克林贝格)光学测量有浓厚的兴趣以及我们对与用户进行对话而感到高兴。”


“我们使用光学测量来减少测量时间,从而为降低质量成本做出重大贡献。”

—— Christof Gorgels 博士

精密测量中心产品线总监

 

大昌华嘉编译

源文件:GEARS inline 07 | 2020

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