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混合测量技术: 准备好迎接任何挑战

发布时间:2020.05.29 19:50  浏览次数:  作者:

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2018年伊始面世,如今已经成为极具价值的精密测量全能型选手:克林贝格精密测量中心成功地在一个系统之内集合了接触式测量和光学测量的优势。利用3D NANOSCAN接触式测头和HISPEED OPTOSCAN光学测头,克林贝格精密测量中心已经为解决所有测量任务做好了充分准备。



与接触式系统不同,光学传感器不必跟随被测物体的轮廓。


现代齿轮分析极具挑战性,很多测量任务所要求的精度都小于1微米。工业领域对粗糙度和波纹分析的需求日益增长。


克林贝格精密测量中心采用了最新技术来实现这些功能。特别是在电动汽车领域,公差要求更严,意味着很多情况下测量频率必须提高。随之而来的测量速度和柔性也越来越重要。克林贝格混合测量技术是如何针对精密测量技术领域的所有任务提供成本效益解决方案的呢?



光学测量:快速而简便


光学传感器测量物体时不必跟随其轮廓。这是由于光学测量和成像系统两个最显著的特征:工作距离和测量范围。工作距离是传感器和被测物体之间必须保持的最小间隙。跟随着工作距离,光学系统在测量范围内可以记录和处理信息。


鉴于光学传感器的工作距离和测量范围,-与接触式系统不同-很多情况下它无需跟随被测物体的轮廓。这样在一些情况下就避免了测量和实际测量运动之间所需的进给运动。其它情况下,类似的运动也可以被简化从而更快速。而且在快速运动过程中,对被测物体和传感器都很少需要,甚至无需进行操作。因此,这被称为无反应的快速测量。

 

齿轮,特殊的被测物体类型


齿轮的几何参数决定了它具备很大的齿面角度,这就造成了阴影和多重反射。而且,齿轮的表面通常都很光滑,反射性高,具备最小的散射光分量,这些都给光学测量技术带来了特别的挑战。而且在车间测量的严苛环境下,杂质也会影响光学测量的结果。被测物体表面的光吸收特性同样会影响测量结果。吸收性过高的表面会阻碍足够的光线散射回传感器。


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图1:克林贝格混合测量技术结合了成熟的高精度3D NANOSCAN测头和快速的HISPEED OPTOSCAN测头


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图2:工作距离(WD)位于光学传感器头架前(右侧)。它在实际的测量范围(MR)之后。仅在被测量区域大于测量范围时,传感器才需要跟随工件轮廓。


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图3:齿轮,尤其是汽车行业所用的齿轮,对光学测量技术来讲结合了两种挑战性的特征:齿面陡而光滑


传感器的选择影响到测量的质量。测量范围和工作距离越小,信号质量越好。另外,吸收和散射特性是由光和表面材料之间的相互作用产生的。光的波长选择,即色或色谱,也会对测量精度造成进一步影响。测量的质量是所有这些参数组合的结果。故而,有些测量任务适合于采用光学测量技术,而其它的则是接触式测量系统更胜一筹。


光学测量技术的最简单应用就是齿轮的数字化和二次设计特性。此时对精度的要求往往比目前标准化的齿轮测量和评估要低。

 


小结:


采用HISPEED OPTOSCAN 传感器的光学测量
新定购的精密测量中心,光学测量是一个可选项,已有的大部分精密测量中心,可以为其提供改装。适用的机型为P 26到P 100。



花键的光学测量


除了数字化,光学测量技术也为花键测量提供了优势。对花键进行分析时,必须在不同高度观察所有齿的情况。齿顶和齿根对花键功能性也尤为重要。此时采用接触式测量的话就十分费时,然而花键的几何特性适宜于采用快速而精确的光学测量。花键测量的例子值得深入了解。



光学测量取代量规


行业惯例表明,传统的对四齿和齿距进行齿轮测量分析对确保功能性来讲通常是足够的。然而,花键则需要所有齿的信息。典型做法是采用量规进行测量。校验过的通止规可以对此类工件进行快速的功能检测。但是量规本身很贵而且会磨损。更进一步,量规检测的结果没有包括潜在的几何偏差的信息。


克林贝格HISPEED OPTOSCAN系统是使用量规的经济替代方案。该传感器系统特别适配于齿轮测量,可以对花键进行高速的完整测量。除了常规的齿轮检测分析外,可以使用相同的数据记录进行虚拟量规测量。该系统允许与数字量规进行对比,也允许和CAD模型进行直接对比。这样就完全可以避免使用量规了。


得益于克林贝格精密测量中心的高灵活性,光学测量技术得以轻松集成进入熟悉的测量步骤。比如,可以使用高精度的接触式测量进行内齿测量或波纹分析,以及对表面粗糙度的接触式测量。这样,对于齿轮测量,精密测量中心结合了传统和现代的分析方法,不同传感器可以进行快速而自动的切换。


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图4:左图,作为量规方法的完整数字化。右图,采用Gravel软件的传统齿轮分析


克林贝格混合测量技术


克林贝格将HISPEED OPTOSCAN光学测量技术与久负盛名的高精度3D-NANOSCAN测头系统相结合,用于完成所有的测量任务。这样,整个系统就具备了在生产现场所需的稳健性下的最高精度。得益于高速切换特性,每一项测量任务都可以使用到最佳的测量系统。


光学测量技术为精密测量技术领域的很多任务提供了有价值的补充,如数字化整个可能是未知的工件,或完整地快速测量花键。光学系统的高测量速度和高点密度适用于采用接触式会十分耗时的测量。这样就可以在工业环境中进行具有成本效益的测量。


每当测量任务要求独立的、高精度测量值时,接触式3D NANOSCAN则是必需项。而对于快速生产和精确点的高度点云,则可以使用HISPEED OPTOSCAN。配合使用粗糙度测量技术,使得克林贝格精密测量中心成为所有测量任务所需的具备成本效益的解决方案。


最佳方式:混合技术


数十年的经验表明,接触式测量无法被光学测量方法完全取代。这就是克林贝格采用了结合两种测量类型最佳方案的原因。该系统的前提条件是从一种方法到另外一种方法的快速切换。


大昌华嘉编译

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