探測技術(shù)的詳細(xì)說明

    理想化條件下，光學(xué)或其他非接觸式探測技術(shù)是測量復(fù)雜，微機(jī)械零件的最佳手段，但實(shí)際上是不切實(shí)際的。光學(xué)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?yàn)榧庸ぜ�的可視邊不能反映其后面的情況，并且光學(xué)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(xiàng)傳感器技術(shù)到一個測量系統(tǒng)中，就可以將一個復(fù)雜零件的所有關(guān)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(dá)到的特征測量，例如沉孔。

與機(jī)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(shù)，例如坐標(biāo)測量機(jī)觸發(fā)式測頭逐步發(fā)展以適應(yīng)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(jīng)變的更加微小，這些探測器能達(dá)到多小仍能夠穩(wěn)定觸發(fā)是有物理限制的。例如，一根細(xì)小的觸針在探測器觸發(fā)前會彎曲，錯誤的傳達(dá)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(diǎn)，而實(shí)際上觸針并沒有碰到待測的表面。制造技術(shù)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(yīng)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(yīng)用的場合包括小縫隙的測量、孔、凹槽，或孔拔模斜度，因?yàn)槌Ｒ?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(shè)備上附加部件，另外一種被稱為探測器。后者是在裝配設(shè)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(shè)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(yīng)。具有這些能力的設(shè)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(dú)特的價值了。

與控制器的通訊

    先進(jìn)的探測技術(shù)整合了控制器和機(jī)床中運(yùn)行的軟件。例如Datron Dynamics, Milford, N.H. (www.datrondynamics.com)，一家高速CNC銑削機(jī)床制造商已經(jīng)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(jìn)行加工。Datron 的總裁Walter Schnecker博士 解釋說：“甚至當(dāng)操作員將錯誤的零件放進(jìn)機(jī)器，該設(shè)備仍然能生產(chǎn)出正確的零件，因?yàn)樘綔y掃描為該零件選擇的正確的程序。小的車間有很多零件轉(zhuǎn)換工作，他們可以發(fā)現(xiàn)能夠自動檢測裝夾的準(zhǔn)確性可以減少轉(zhuǎn)換和工作周期。”

    Datron機(jī)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(shè)計(jì)所特有的，探測器會幫助機(jī)器對它進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)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(diǎn)的�？刂破鳛椴黄秸�的表面或工件位置自動調(diào)整。通過這個過程，裝夾時間減少并且產(chǎn)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�；�于這樣的設(shè)計(jì)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(dāng)安裝了三維探測裝置，Z向補(bǔ)償探測器可以對零件定位并在X、Y、Z坐標(biāo)上進(jìn)行表面不規(guī)則檢測，找到孔和凸臺的中心，在加工前進(jìn)行預(yù)測量以補(bǔ)償材料變化，反饋數(shù)據(jù)到ISO9000質(zhì)量控制信息鏈中并可進(jìn)行很多零件的反求工程。

    安裝有雷尼紹（Renishaw）TP20探測器的Datron機(jī)器可以用來對復(fù)雜零件和零件特征進(jìn)行測量，例如在圓形表面進(jìn)行標(biāo)識（logo）雕刻。通常，三維編程需要調(diào)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(yīng)用在加工數(shù)據(jù)中，而無需三維編程。TP20有6自由度，運(yùn)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(jī)器（www.Zeiss.com）是一個接觸式系統(tǒng)，結(jié)合了一個光學(xué)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(diǎn)。它也可以用作全自動掃描模式。Zeiss的精密產(chǎn)品的新經(jīng)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(biāo)測量機(jī)典型經(jīng)驗(yàn)值小約100倍。“這很重要,因?yàn)樵试S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(jì)夾持力而不使零件變形”，deGlee說。

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

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

當(dāng)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(jī)器具有一個光學(xué)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(xué)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(jī)型，，因?yàn)樗�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(dāng)測量達(dá)到這樣的精度時，熱影響就非常明顯了。該機(jī)型使用穩(wěn)定熱膨脹系統(tǒng)微晶玻璃，這原本為望遠(yuǎn)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(shù)成為可能，該產(chǎn)品來自美國紐約州羅徹斯特的Optical Gaging Products Inc. (www.ogpnet.com)。該技術(shù)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(dāng)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(shù)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(hù)空間里，只有在需要自動測量時才伸出來。

另外一個來自O(shè)GP的非接觸測量傳感器在測量表面時具有高的側(cè)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(xiàng)技術(shù)在一個透鏡里使用擴(kuò)展軸的色差，每根光線的波長都在其光軸上不同的點(diǎn)。顏色分析使Rainbow探測器對表面反射和粗糙變化不敏感。當(dāng)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(xì)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(fù)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(diǎn)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(shè)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(jì)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(diǎn)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(zhǔn)。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(diǎn)，激光點(diǎn)聚合團(tuán)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(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)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(guān)鍵微特征與一個宏觀尺寸及其位置數(shù)據(jù)關(guān)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(jìn)行精密定位，或與關(guān)鍵數(shù)據(jù)關(guān)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(yīng)該考慮確保設(shè)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(dāng)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。