探測技術的詳細說明

    理想化條件下，光學或其他非接觸式探測技術是測量復雜，微機械零件的最佳手段，但實際上是不切實際的。光學系統(tǒng)具有速度的優(yōu)勢，并且避免使零件變形，但也有其自身的限制，因為加工件的可視邊不能反映其后面的情況，并且光學系統(tǒng)不能確定一些三維的缺陷例如平行、垂直、柱形或平面。

    然而通過綜合數(shù)項傳感器技術到一個測量系統(tǒng)中，就可以將一個復雜零件的所有關鍵特征在一次裝夾中完成。這些多傳感器測量系統(tǒng)通常包括非接觸傳感器——視頻，白光和/或激光——用來表面和邊的測量，和觸發(fā)式和掃描式測頭則用來探測那些非接觸裝置所不能達到的特征測量，例如沉孔。

與機床整合一體的測頭在不使用的時候會縮回。

探測微特征

    傳統(tǒng)的測量技術，例如坐標測量機觸發(fā)式測頭逐步發(fā)展以適應需求的變化。今天，有不同觸發(fā)電壓的傳感器，不同長度的觸針，不同尺寸和材料的測針。但是由于特征已經變的更加微小，這些探測器能達到多小仍能夠穩(wěn)定觸發(fā)是有物理限制的。例如，一根細小的觸針在探測器觸發(fā)前會彎曲，錯誤的傳達了表面的位置。又或者一根長的觸針會折彎（碰到了孔或槽的邊）而記錄了一個數(shù)據(jù)點，而實際上觸針并沒有碰到待測的表面。制造技術的發(fā)展和EDM的使用使加工微小特征成為可能，而零件測試卻非常困難，例如微小的孔。在一些應用中，觸發(fā)探針的尺寸或觸針的長度會完全阻止觸發(fā)測量。觸發(fā)測量不適合應用的場合包括小縫隙的測量、孔、凹槽，或孔拔模斜度，因為常規(guī)的探測器會測偏位置。

在加工時有兩種常用探測器。第一種是在已有加工設備上附加部件，另外一種被稱為探測器。后者是在裝配設備的時候就裝入的，稱為集成探針。這些探針在加工時會折起不會影響加工，因此不需要更換工具。集成探測器使用可靠，隨時可以使用，沒有諸如線纜、無線電接口和安全電源等問題。

    普通的設備安裝了集成探測器就變成了可以判斷環(huán)境并對環(huán)境作出反應。具有這些能力的設備在遇到越來越小的零件和零件變化較大的情況下就顯示出其獨特的價值了。

與控制器的通訊

    先進的探測技術整合了控制器和機床中運行的軟件。例如Datron Dynamics, Milford, N.H. (www.datrondynamics.com)，一家高速CNC銑削機床制造商已經研發(fā)出了第三代集成探測系統(tǒng)，它第一步檢測是否正確放置，然后掃描和識別零件，選擇正確的程序進行加工。Datron 的總裁Walter Schnecker博士 解釋說：“甚至當操作員將錯誤的零件放進機器，該設備仍然能生產出正確的零件，因為探測掃描為該零件選擇的正確的程序。小的車間有很多零件轉換工作，他們可以發(fā)現(xiàn)能夠自動檢測裝夾的準確性可以減少轉換和工作周期。”

    Datron機器上的Z向修正探測可以識別加工件表面的不規(guī)則形狀，無論是偶然出現(xiàn)的還是設計所特有的，探測器會幫助機器對它進行動態(tài)補償。通過對未加工件表面的掃描并把這些數(shù)據(jù)傳給控制器來做到這一點的�？刂破鳛椴黄秸�的表面或工件位置自動調整。通過這個過程，裝夾時間減少并且產品不良率減為最小。

    Z向修正探測器是永久性安裝在主軸邊上，只有在需要的時候才伸出來。基于這樣的設計就不需要更換工具，沒有線纜的障礙，并且在主軸突然開動時不會被意外損壞。

    當安裝了三維探測裝置，Z向補償探測器可以對零件定位并在X、Y、Z坐標上進行表面不規(guī)則檢測，找到孔和凸臺的中心，在加工前進行預測量以補償材料變化，反饋數(shù)據(jù)到ISO9000質量控制信息鏈中并可進行很多零件的反求工程。

    安裝有雷尼紹（Renishaw）TP20探測器的Datron機器可以用來對復雜零件和零件特征進行測量，例如在圓形表面進行標識（logo）雕刻。通常，三維編程需要調整表面切深變化以確保平整的雕刻深度。使用TP20表面會被掃描并且零件表面的不規(guī)則和變化會應用在加工數(shù)據(jù)中，而無需三維編程。TP20有6自由度，運動的，觸發(fā)式探測系統(tǒng)改善工作周期。

輕微接觸

    來自Carl Zeiss IMT Corp.的F25機器（www.Zeiss.com）是一個接觸式系統(tǒng)，結合了一個光學系統(tǒng)，包含三個傳感器－兩個用來測量，一個用來協(xié)助操作員。一個是壓電膜式全掃描接觸傳感器可以有觸點。它也可以用作全自動掃描模式。Zeiss的精密產品的新經理Gerrit deGlee指出，測頭直徑可以小到0.12mm，接觸壓力比傳統(tǒng)坐標測量機典型經驗值小約100倍。“這很重要,因為允許更小的夾持力。微型零件由于被夾持可能會變形，必須精確估計夾持力而不使零件變形”，deGlee說。

    F25機器上所安裝的光學系統(tǒng)，鄰近接觸傳感器，可以獨立使用或與接觸傳感器結合使用。該系統(tǒng)有環(huán)形光源可根據(jù)亮度和方向進行編程，以最小化不需要的陰影。 

    安裝有 Renishaw TP 20 的Datron機器可以在圓形零件上確保相同的切深。

當要測量非常小或需要顯微鏡才能看到的特征時，操作員很難看到測量過程。例如F25上0.12mm的測頭不放大幾乎看不到。因此機器具有一個光學系統(tǒng)可以放大接觸式探測器的測量區(qū)域，并將圖象放大到顯示器上便于操作者開發(fā)程序。光學檢測系統(tǒng)直接將測量顯示在測試軟件屏幕上。

F25不是工廠車間用的機型，，因為它的高精度和缺乏對熱影響的控制，尤其是車間的環(huán)境。不可靠測量精度小于250納米（小于0.00025mm或0.0000098英寸）。當測量達到這樣的精度時，熱影響就非常明顯了。該機型使用穩(wěn)定熱膨脹系統(tǒng)微晶玻璃，這原本為望遠鏡開發(fā)的。這種材料消除了熱膨脹系數(shù)的不確定，并且不再需要測試該系數(shù)的熱傳感器。

非接觸探測

Smartscope多傳感器測試系統(tǒng)使無測頭偏移的微接觸探測技術成為可能，該產品來自美國紐約州羅徹斯特的Optical Gaging Products Inc. (www.ogpnet.com)。該技術被稱為“羽毛探測”，使用微型的測頭并使其做持續(xù)的微動。該探測器在一個非常窄的測頭底部有一個0.125 mm的探針。當探針接近被測物體時，接近到表面引起的微動改變時，就記錄一次測量值。探測器不偏移，測試系統(tǒng)使用小于１毫克的力。OGP說“羽毛探測”使小的縫隙，孔，凹槽或孔的拔模斜度測量變得容易了，還可以探測柔軟或可變形材料。該技術可用于X, Y 和 Z 軸。

為避免損壞，探針在不使用的時候縮回到保護空間里，只有在需要自動測量時才伸出來。

另外一個來自OGP的非接觸測量傳感器在測量表面時具有高的側位和高度分辨率，該傳感器就是Rainbow探測白光傳感器，它可以得到亞微型Z軸分辨率。這項技術在一個透鏡里使用擴展軸的色差，每根光線的波長都在其光軸上不同的點。顏色分析使Rainbow探測器對表面反射和粗糙變化不敏感。當用于多傳感器系統(tǒng)中，探測器可以掃描表面提供非接觸測量，表面細節(jié)可以是任何外形的而旁邊的掃描則生成該區(qū)域圖形。

多傳感器系統(tǒng)綜合所有

復雜的零件具有幾何的，棱鏡形狀和自由形態(tài)的外形，具有臨界間隙的孔或定位點并且零件上許多位置有重要的聯(lián)系，需要多個傳感器的測量系統(tǒng)。多傳感器測量設備可以使用特定的傳感器測量測量特定的特征，作為零件全部特性描述的一部分。

在多傳感器測量系統(tǒng)中，軟件整合所有傳感器是一個重要的考慮。最佳軟件整合包計算所有正在使用的傳感器，因此在一條測量路徑上在任何點這些傳感器都可以使用，而整合不佳的則需要每次使用前都校準。而且，高效的軟件允許處理和分析來自任何傳感器的數(shù)據(jù)，在一次測量路徑里就可以很容易處理視頻邊界點，激光點聚合團和掃描接觸探測數(shù)據(jù)。

“大容量（大行程）多傳感器微探測系統(tǒng)的優(yōu)于精密的微測量系統(tǒng)，一個關鍵的優(yōu)點是可以在同一個數(shù)據(jù)文件中，將微特征的測量與微特征的尺寸聯(lián)系起來，并且可以在整個零件上進行定位。” Optical Gaging Products 的總裁Fred Mason指出。帶有微探測器的大行程測量系統(tǒng)可以在一個文件中對零件的關鍵微特征與一個宏觀尺寸及其位置數(shù)據(jù)關聯(lián)。帶有傳統(tǒng)視頻測量系統(tǒng)和高分辨的微探測器可以對零件上的微特征進行精密定位，或與關鍵數(shù)據(jù)關聯(lián)。

微傳感器可以用于任何容量的多傳感器測量系統(tǒng)中。重要的視頻測量系統(tǒng)應該考慮確保設備具有高分辨率的定位以及對特定零件位置的高放大倍數(shù)。當探測系統(tǒng)中的測量系統(tǒng)的性能優(yōu)異具有高精度時，微探測是最精確的。在一個測量路線中綜合視頻和微探測測量，可以生成零件完整的特征而無需用戶介入。