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導(dǎo)讀

光學(xué)測(cè)量的初始研發(fā)階段主要集中在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域的應(yīng)用，而現(xiàn)在可用的解決方案將系統(tǒng)地應(yīng)用到圓柱齒輪批量測(cè)量中。主要優(yōu)勢(shì)是通過(guò)將測(cè)量時(shí)間*多縮短40%，從而達(dá)到更高的效率。

在2017年的漢諾威EMO展會(huì)上，Klingelnberg(克林貝格)就**展示了光學(xué)測(cè)量混合解決方案的初始研發(fā)階段。當(dāng)時(shí)的應(yīng)用主要集中在軸對(duì)稱齒輪零部件的數(shù)字化上。

因此，錐齒輪和圓柱齒輪等部件以及其它幾何形狀都可以采用極高的點(diǎn)密度(數(shù)字化)進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行額外的處理。

這種額外的處理非常靈活。除了簡(jiǎn)單地將結(jié)果描繪為3D模型之外，還可以與CAD目標(biāo)幾何體進(jìn)行比較，或者可以通過(guò)創(chuàng)建截面圖形進(jìn)行幾何評(píng)估。例如，此應(yīng)用被使用在逆向工程中。

“在過(guò)去三年中，我們顯著地提升了我們的Klingelnberg(克林貝格)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，”Klingelnberg(克林貝格)光學(xué)測(cè)量項(xiàng)目經(jīng)理Markus Finkeldey解釋說(shuō)。“特別是在傳感器系統(tǒng)、測(cè)量數(shù)據(jù)采集和進(jìn)一步處理方面，取得了重大進(jìn)展。”

*亞微米級(jí)的高精度

在初始研發(fā)階段，使用了高精度激光三角傳感器。這種傳感器技術(shù)非常適合上述數(shù)字化應(yīng)用。然而，激光三角測(cè)量的物理限制約束了其對(duì)齒輪部件的亞微米級(jí)測(cè)量。

“由于多年來(lái)精密測(cè)量中心的齒輪接觸式測(cè)量已經(jīng)極其成熟，測(cè)量精度也令人印象深刻，因此我們的客戶對(duì)Klingelnberg(克林貝格)測(cè)量中心的光學(xué)測(cè)量的期望也相應(yīng)很高，”Klingelnberg(克林貝格)的應(yīng)用工程師Peter Mancasola指出。“僅進(jìn)行數(shù)字化可接受的精度限制對(duì)于其他測(cè)量任務(wù)是不可接受的。”

*新型白光測(cè)量系統(tǒng)

為此，Klingelnberg(克林貝格)一直專注于光學(xué)測(cè)量的整個(gè)信號(hào)鏈，并與其他研發(fā)合作伙伴聯(lián)手開發(fā)了針對(duì)齒輪測(cè)量要求量身定制的白光測(cè)量系統(tǒng)。 

在該系統(tǒng)中，有載流元件，例如大功率光源、電子元件和信號(hào)處理裝置，與控制柜中的傳感器分開布置。

這樣做的顯著優(yōu)勢(shì)在于可以防止在傳感器本身以及傳感器周圍區(qū)域，例如：3D測(cè)頭上發(fā)生熱效應(yīng)。與激光傳感器相比，該傳感器具有更有利的、緊湊的設(shè)計(jì)。

此外，與激光傳感器相比，由于同軸光直接指向零件表面并返回，因此該傳感器在所有方向上均同等工作。

圖1:采用HISPEED OPTOSCAN測(cè)量齒距

大鏡頭光圈可以在高度傾斜的表面上進(jìn)行測(cè)量，這在齒輪測(cè)量上是必然發(fā)生的情況。得益于系統(tǒng)的高分辨率，現(xiàn)在可以確保在亞微米范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

小結(jié)：

Klingelnberg(克林貝格)光學(xué)測(cè)量——新的起點(diǎn)

Klingelnberg (克林貝格)擁有系統(tǒng)性先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量，并引入了一種新的白光傳感器技術(shù)，非常適合亞微米范圍內(nèi)的測(cè)量。這將允許接觸式齒距測(cè)量被光學(xué)測(cè)量所取代，從而顯著減少批量測(cè)量應(yīng)用中的測(cè)量時(shí)間。

*降低批量測(cè)量時(shí)間

整個(gè)零件的數(shù)字化是光學(xué)測(cè)量非常適合的應(yīng)用。然而，對(duì)于高精度磨削傳動(dòng)齒輪的批量測(cè)量，沒(méi)有必要以高密度點(diǎn)測(cè)量整個(gè)零件的幾何形狀。

相反，重點(diǎn)是有接觸式測(cè)量級(jí)別的高測(cè)量精度，同時(shí)減少測(cè)量時(shí)間。出于這個(gè)原因，Klingelnberg (克林貝格)在其光學(xué)測(cè)量的*新發(fā)展階段制定了解決方案。

圖2:測(cè)量運(yùn)行示意圖

在圓錐齒輪的批量測(cè)量中，通常在三個(gè)或四個(gè)齒上測(cè)量齒形和齒向，對(duì)所有齒進(jìn)行齒距測(cè)量。這種接觸式齒距測(cè)量必然需要將測(cè)針伸入每個(gè)齒槽中。

相比之下，通過(guò)光學(xué)測(cè)量，測(cè)針無(wú)需伸入到齒槽中。
因此，齒距測(cè)量提供了很大的可能性來(lái)減少測(cè)量時(shí)間。
通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行一次連續(xù)、不間斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)齒距進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，測(cè)量時(shí)間的優(yōu)勢(shì)隨著齒數(shù)的增加而提升80%。無(wú)需多次旋轉(zhuǎn)掃描齒輪的大片區(qū)域。

圖3:光學(xué)傳感器縮回狀態(tài)

這種光學(xué)式齒距測(cè)量將與接觸式齒形齒向測(cè)量相結(jié)合。總的來(lái)說(shuō)，總測(cè)量時(shí)間*多可減少40%。
因此，在測(cè)量中心使用率高的情況下，光學(xué)測(cè)量配置的成本很快就可以收回。

圖4:光學(xué)傳感器伸出狀態(tài)

*高精度測(cè)量結(jié)果

然而，減少測(cè)量時(shí)間并不是唯壹的關(guān)鍵因素。同樣重要的是實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的高精度，即使是針對(duì)磨削表面和大齒形角的極其復(fù)雜的齒輪也是如此。
這是對(duì)傳感器技術(shù)、分析算法和測(cè)量策略進(jìn)行深入優(yōu)化后的結(jié)果。

圖5:產(chǎn)品范圍

操作上唯壹的區(qū)別是用戶必須在已經(jīng)熟悉的圓柱齒輪測(cè)量軟件中選擇光學(xué)齒距測(cè)量。測(cè)量過(guò)程會(huì)相應(yīng)地自動(dòng)修改，并使用光學(xué)傳感器進(jìn)行齒距測(cè)量。
接觸式3D NANOSCAN探測(cè)系統(tǒng)和光學(xué)HISPEED OPTOSCAN傳感器在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中自動(dòng)切換，耗時(shí)約1.5秒。

圖6:用戶界面測(cè)量軟件，選擇光學(xué)齒距測(cè)量

通過(guò)從接觸式測(cè)量切換到光學(xué)齒距測(cè)量，圓柱齒輪的批量測(cè)量時(shí)間*多可減少40%。

在一系列內(nèi)部分析中, Klingelnberg(克林貝格)評(píng)估了一組典型的來(lái)自于乘用車變速器、電動(dòng)汽車和量規(guī)領(lǐng)域的圓柱齒輪。

在具有不同反射和吸收特性、以及不同精度等級(jí)的一系列齒輪形狀下，實(shí)現(xiàn)了與接觸式測(cè)量同等的精度。該系統(tǒng)甚至可以用于具有極其精細(xì)的表面和粗糙度Rz=1μm的齒輪。

Klingelnberg(克林貝格)應(yīng)用工程技術(shù)主管Holger Haybach說(shuō)道:“為了毫無(wú)疑問(wèn)地確定一個(gè)零件是否適合光學(xué)測(cè)量以及是否可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)量時(shí)間優(yōu)勢(shì)，我們可以給用戶提供試測(cè)和演示”。

*越多，越好

就可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量時(shí)間優(yōu)勢(shì)而言，有一點(diǎn)是正確的:齒數(shù)越多，優(yōu)勢(shì)就越大。

然而，如下表中的示例所示，即使是具有29個(gè)齒的零件也能從顯著的時(shí)間優(yōu)勢(shì)中受益。

圖7:測(cè)量結(jié)果,齒形和齒向

*下一個(gè)發(fā)展階段

該系統(tǒng)為進(jìn)一步的應(yīng)用提供了巨大的潛力。尤其是對(duì)于涉及耗時(shí)的單個(gè)觸碰和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式的接觸操作組成的測(cè)量任務(wù)，光學(xué)測(cè)量能夠減少測(cè)量時(shí)間。 但光學(xué)測(cè)量也是復(fù)雜幾何形狀上快速掃描步驟的理想選擇。

接觸式測(cè)量

接觸式測(cè)量                 光學(xué)測(cè)量

圖8:齒距測(cè)量結(jié)果,接觸式和光學(xué)測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖9:測(cè)量示例

Klingelnberg (克林貝格)精密測(cè)量中心產(chǎn)品線總監(jiān)Christof Gorgels博士展望道：

“對(duì)于系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)，我們已經(jīng)有了很多想法，包括齒根和齒頂測(cè)量，軸向位置，圓度和其它形狀測(cè)量任務(wù)。 我們希望利用客戶的反饋來(lái)確定優(yōu)先項(xiàng)目。這就是為什么我們對(duì)Klingelnberg(克林貝格)光學(xué)測(cè)量有濃厚的興趣以及我們對(duì)與用戶進(jìn)行對(duì)話而感到高興。”

“我們使用光學(xué)測(cè)量來(lái)減少測(cè)量時(shí)間，從而為降低質(zhì)量成本做出重大貢獻(xiàn)。”—— Christof Gorgels 博士精密測(cè)量中心產(chǎn)品線總監(jiān)

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