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提高機械加工速度的多探頭測量系統

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:Author發布時間:2019年06月27日瀏覽:336

  機械加工速度越來越快,精度要求越來越高,從而推動了多探頭測量機技術的發展。近年來,制造商們正在尋求著一種萬能的測量工具,這使得存在已久的多探頭測量技術,越來越受到人們的歡迎。制造商們希望這種組合式的多探頭測量系統帶有更多的新技術,如:可視技術、激光技術和探測掃描技術。

  多探頭測量系統是由過去用于影像檢驗的臺式測量系統裝備觸發式探頭和激光探頭形成的。隨著微處理器等功能的應用,這些過去相對較大的多探頭測量設備,現在變成了小型的臺式多探頭測量系統。

  帶有觸發式探頭或激光探頭的光學式測量系統具有很多優點。它將2種或3種測量系統與一個多功能傳感器系統組合使用,有效地降低了設備成本。Nikon公司(NikonInstruments Inc.)的NEXIV可視系統就是將光學測量儀和通透鏡式激光儀(TTL)組合在一起使用的,這種可視技術與TTL的組合真正實現了測量精度、生產速度、測量復雜輪廓能力的最佳化。

  Nikon公司的組合產品包括NEXIV VMR3020型臺式多探頭測量系統和6555型橋式設計模式測量儀。臺式系統可以用來測量小型工件,如電子元件和小型機加工零件,6555型橋式設計模式測量儀用于大型和重型工件的測量。多探頭測量系統有兩種基本平臺,一個是以標準的CMM(坐標測量儀)為基礎的平臺,另一個是以標準光學或可視系統為基礎的平臺。應用CMM測量時,被測工件固定不動,只需移動探頭。這樣,在測量發動機組時,移動探頭可完成全部測量工作。同時,CMM上的探測儀非常輕便,保證了探頭的靈敏性。在一個可視系統或光學系統里,工件要沿著X軸方向和Y軸方向移動,而光學裝置則能沿著Z軸方向上下移動,從而測量到高度。因此,這兩種工作平臺的設計是完全不同的。

  使用以光學為基礎的平臺,只能夠測量質量相對較輕的工件,與許多以可視系統為基礎的只能測量輕質工件的平臺不同的是,標準的CMM型工作平臺能測量重型工件,因為它的制造成本較高,結構堅固,在工作臺上移動較重的工件時,工作臺也不會下沉。但是,如果在工作臺上移動發動機組,則工作臺的部分區域就有可能發生彎曲變形。人們將攝像頭安裝在CMM上進行實驗大約已有20年的歷史了。

  據說,第一臺這種光學式探頭測量儀的設計是隨著一種多感應系統的開始研究而出現的,應用這種技術的第一臺測量儀是德國的Wegu公司根據馬爾(Mahr)的要求,在1999年制造生產出來的。

  隨著Wegu公司專利技術的應用和Mahr公司測量系統的發展,一個測量儀組合了具有可視能力的光學式探頭(CCD攝像頭)、激光探頭和觸發式探頭。Mahr公司最近推出了一種新型臺式系統Marvision Multiscope MS 2223D CMM,就是一個典型的多探頭測量系統,它包括一個自動探測觸發器、一個自動探測轉換器、可調電機、影像快速聚焦系統和一個自動識別系統,測量范圍為250 mm×200 mm×200 mm,最大承載可達到10kg,分辨率為0.5μm。

  與大型系統相比,臺式多探頭測量系統也存在它的局限性,比如說測量精度不夠高。原因是多方面的,部分是因為它們使用對環境有一定要求的低檔系統。由于沒有一個穩定的平臺底座,使用時也不是在可控溫的實驗室里,因此會導致測量精度不高。但是由于價格低,使得它們能夠廣泛地服務于大眾。這種小型臺式系統在整個銷售中占到了40%。作為一種技術成熟的多探頭測量系統,與其他測量系統不同的只是測量工件的范圍。
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  隨著微機處理器功能的提高,使得多探頭測量系統能在較小的體積內容納更多的功能,從而出現了高檔的臺式系統。臺式系統的真正出現僅在8、9年前,曾經只有大型昂貴的地面式測量儀才具有的功能,現在,小型臺式測量儀也全部擁有了。

  隨著PC板尺寸變小,整個CNC控制器也變小。現在的CNC數控臺式測量儀已經全部自動化了,而且設備單元齊全。整個臺式測量儀包含了驅動系統、伺服系統和控制系統,取代了過去立在它們旁邊的控制器。

  在Mitutoyo公司的產品中,其高檔產品數控式(CNC)Quick Vision系列多探頭測量儀,與以前的產品相比,其精度更高、速度更快(約為以前的3倍)。該公司的UMAP(超聲波微觀精確探測)多探頭系統是使用可視技術和超聲波探頭來探測燃油噴嘴上的微小孔以及其他小型工件的。

  最初,UMAP系統是為日本的本田汽車公司量身定做的,用來測量發動機燃油噴嘴上的排氣孔。UMAP系統在日本銷售近1年后,Mitutoyo公司又向美國市場推出了該系統。該公司應美國光纖工業的要求,為其生產精密測量量具來測量光纖連接器、光纖套圈上的微小孔。這種特定測量儀的市場反應很好,很多發動機制造商對該產品非常感興趣,想將其應用于發動機燃油噴嘴的測量中。

  新型多探頭測量系統替代了原有的測量系統,成本的降低使得多探頭測量感應設備具有較高的性價比。與3個只能安裝在實驗室里的固定設備相比,多探頭測量系統的感應環境允許使用一個系統進行多方面的應用。

  OGP公司的多探頭測量設備SmartScope Quest系列包括臺式系統和大型地面式系統。隨著多探頭測量設備在醫療、汽車、航空、塑料和電子工業領域的應用,OGP這個已經有20多年銷售多探頭測量設備歷史的公司,通過在現有系統的基礎上增加幾個探頭,開發出了SmartScope Quest系統。OGP公司最近推出了一種新型測量儀Quest 650,這種地面式多傳感器系統包括影像系統、激光系統、觸發式探測系統、鉸接探測頭和連續接觸式探測儀,并且有一個橋式結構的剛性花崗巖底座,測量范圍為600mm×660mm×300 mm,并且能對X軸、Y軸、Z軸三個方向進行測量,Z軸方向上可以測量400 mm。

  理論上講,多探頭測量設備對制造商而言是最好的。光學技術的優勢是邊緣探測,探頭進入工件內部測量表面,無需接觸就可以迅速地獲得數據,而普通的測量量具是不能完成的。此外,激光探頭也能測量表面輪廓,同時也能通過非接觸式測量快速生成數據。

  與此同時,多探頭測量技術也面臨著挑戰,因為,它要求每個傳感器之間的聯系必須精確。

  TTL的技術優勢是軸上可視儀和軸上通透鏡式激光儀可以與其他系統很好地進行連接,因為它們使用同一個光學系統來對一個探測點進行測量,即在該探測點上既有透鏡聚焦又有激光聚焦。如果在同一個測量量具上有兩個探頭,則就有可能產生偏離,必須使每個探頭之間緊密相連。在多探頭測量儀中,有時人們可以使用光學式探頭,有時也可選擇觸發式探頭或者激光探頭進行測量,如果三者相互之間有偏離,就必須進行連接性調整或者連接校準,所有的探頭都要作為導致系統不確定性的誤差和偏差的潛在因素而被考慮。

  可視系統和光學系統的最大問題是在測量工件時,與對照相比呈灰色的測量陰影。因為只有呈黑白對照時,才是高對照度。通過使用計算機和軟件算法來確定灰色對灰色邊緣探測的改變,并且有了很大提高。Nikon公司使用了Cognex公司的可視系統,該公司在低對照度邊緣探測領域擁有領先的技術。

  由于缺乏軟件工業標準,使得越來越多的測量裝備供應商向客戶提供他們自己版本的軟件。在軟件方面存在一個最為關鍵的問題是一個軟件能否處理來自不同探頭的數據。首先,確定一個在X、Y、Z軸上的點,使用光學式探頭、觸發式探頭或者激光探頭測量,然后將這些點處理成數據,形成單一的幾何特征,或者計算出使用觸發式探頭的表面和使用光學式探頭測量的表面之間的距離。人們可以選擇相對更容易操作的系統進行測量,而這是早期的操作系統根本不具備的。

  事實上,在多探頭測量系統里,并沒有真正的標準和通用軟件,每個大賣主都已經形成了自己獨有的一套方法:用他們自己的軟件,以他們自己特有的方式,成功地解決了那些技術問題。


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