探测计量的极限

　　在一个理想的世界中，一种光学的，或另一种非接触式的检验，可能是测量复杂的、微型机械加工零件的最好方法，但这经常是不实际的。光学系统有速度的优越性，能避免变形，但是，光学测量是有限制的，因为工件的可见边缘经常不能反映在它下面有什么。另外，光学系统经常不能确定三维的缺陷，如平行度、垂直度、圆柱度和平面度。

　　但是，把一个测量系统中的多个传感器技术的实力结合起来，就能在一次调整安装之下，测量复杂零件的所有苛刻的特征。这样的多个传感器测量系统，常常包括用于表面和边缘测量的非接触式传感器——视频、白光和激光——以及接触式触发器和扫描探头，用于达到非接触式装置不能达到的零件特征部位，如深的沉孔。

　　探测微小特征

　　传统的测量技术，如坐标测量仪接触式触发探头已经发展，以适应不断变化的需求。目前，有具不同等级触发压力的传感器、不同长度的触针和不同尺寸和材料的探头尖。但是，当被测量的特征比较小时，探头能够做成多小，且仍能可靠地触发，这是有一个实际限制的。例如，一个细的触针，在探头触发之前可能弯曲，错误指示了表面的位置。或者，一个长的探针，事实上当探头尖还未触及到被测量的壁时，可能“触发”(碰到孔或槽的边缘)而记录一个数据点。先进的制造技术和放电加工的应用，已经使人们有能力生产出难于测量的微型特征，如微小的孔。在一些应用情况下，接触式触发探头尖的尺寸或探针的长度，可能完全不允许使用接触式触发装置。可能不适合接触式触发测量的应用情况包括：小缝、小孔、小槽或小孔的拔模斜度的测量，因为传统探针在记录一个位置时，一定会挠曲。

　　在加工中通常使用两种探头。第一种是附加到机床上的附件，就是一种在主轴上安装的探头。第二种是彻底的、机床内在的探头，即所谓集成的探头。这些探头可以折迭起来，因而不用占用工装的位置，所以不需要更换工具。机床集成的探头可靠，总可以使用，且具有减少处理电线、应付无线电干扰、保证电源等问题。

　　带有集成探头的机床成为可以感测和反应其周围环境的机床。具有这些功能的机床，对于越来越小的零件和需要用于很多种零件的情况，特别有用。

　　与控制器联通

　　先进的探测技术可以与控制系统和软件集成在一起来运行机床。例如Datron Dynamics公司作为一家高速CNC铣削雕刻两用机床的制造商，开发了一种第三代的集成探测系统，可以检查、保证零件的正确定位。然后，机床可扫描并辨认该零件，选择适当的程序来加工。Datron公司总裁Walter Schnecker博士说：“即使操作者装上一个有毛病的零件，机床仍然会生产出好的零件，因为那个零件的正确程序是由探头扫描所决定的。经常转换零件的较小的车间，由于能自动检查工件的夹持精度，所以能减少转换和循环时间。”

　　Datron机床上的Z形校正探头，可以识别不规则工件的外形，无论这不规则外形是意外造成的，还是设计成的，探头都能帮助机床进行动态补偿。这补偿是通过沿毛坯表面测量，并把这测量的数据输入到机床的控制器中而实现的。控制器自动调节不正确的表面或工件位置。通过这样的过程，减少了工件的安装调整时间，也减少了零件报废。

　　Z形探头永久性地安装在主轴近旁，只有当需要时，才靠气动而伸出。基于它的集成设计，它不需要更换工具，也没有电线碍事，该装置也不会由于在主轴上的转换而意外损坏。

　　当装备了三维伸出装置时，Z形校正探头在X、Y和Z坐标上，把零件和不规则的材料定位，找到孔和轮毂的中心，在加工前预先测量毛坯，补偿材料偏差，为质量控制，把数据输入到ISO9000信息链，并且能进行许多零件的反求工程。

　　装有雷尼绍(Renishaw)TP20探头的Datron机床，可用于测量复杂零件和零件特征，如在一个圆拱表面上雕刻的标签。通常，要适应表面深度的变化，保证均匀的雕刻深度，需要三维编程。使用TP20可以扫描表面，在加工数据中自动控制零件表面的不规则外形和变化，而不用三维编程。TP20有6面、动接触触发探头系统，可以缩短循环时间。

　　光接触

　　Carl Zeiss IMT公司的F25是一种接触系统，结合一个有3个传感器的光学系统，两个用于测量，一个用于辅助操作者。一个是基于压电薄膜的全扫描传感器，可以取接触点。它也能以全自动扫描模式使用。Carl Zeiss IMT公司精密产品的新产品经理Gerrit DeGlee指出，探针的直径能小到0.12毫米，接触压力只是坐标测量机的百分之一。DeGlee说：“它允许较小的夹紧力，这是很重要的。微型零件由于夹紧装置，可能引起变形，所以夹紧零件必须特别小心，提供的测量方法不应使零件变形。”

　　F25安装在接触式传感器邻近的光学系统，能独立使用，也能结合接触式传感器一起使用。该系统有一个环形光源，它可以按强度和方向编程，以最大限度减少不必要的阴影。

　　当试图测量很小的或显微特征时，操作者很难看到他们自己在做什么。例如，F25上0.12毫米探头尖，不放大是根本看不到的。因此，机床有一个光学系统，把接触式探头的测量区放大，并把图像显示在监视器上，以便操作者在开发程序时使用。该光学检验系统直接把测量结果显示在测量软件屏幕上。

　　F25不是工厂的一般厂房所能使用的设备，因为它的精度很高，又缺乏车间环境下的热影响的控制。F25的测量精确度小于250纳米(小于0.00025毫米或0.0000098英寸)。当测量到这样等级的精度时，工件的热影响很重要。F25有原来为望远镜开发的热稳定玻璃陶瓷参考刻度。这种材料消除了刻度膨胀系数的不精确度影响，也不需要在刻度上装设热传感器。

　　非接触式探测

　　美国Optical Gauging Products（OGP）公司，在Smart scope多个传感器测量系统上，提供一种微型接触探测技术，不需要探针挠曲。该技术即所谓羽毛探头，使用一种在持续不断微动的微型探头。该探头在很细探针的末端有一个0.125毫米那么小的尖。当这么小的尖接近被测量的物体时，接近表面可导致微动的变化，这样的变化，作为测量值而被记录下来。这种探头不会挠曲，这种测量使用的力小于1毫克。OGP公司称，该羽毛探头容易测量小缝、小孔、小槽或小孔的拔模斜度，并且能测量柔性或易变形的材料。这种技术可用于X、Y和Z轴。

　　为了防止损坏，在不使用时，该探头可以缩回到保护壳中，只是在需要时自动测量时才伸出。OGP公司的用于进行非接触表面测量、有横向和高度两个方向高分辨率的另一种测量传感器是Rainbow Probe白光传感器，它能得到亚微Z轴分辨率。该技术利用在一个透镜中展开的轴向分色，光的每个波聚焦在其光轴的一个不同点。色谱分析使Rainbow探头对表面反射性和粗糙度偏差不敏感。当在一个多传感器测量系统中使用时，这种探头能扫描一个表面，非接触式测量沿任何形状轮廓高频表面的细节接连地扫描，便产生一个区域的表面形貌图。

　　多个传感器构成整体

　　棱柱形的、自由形轮廓的复杂零件，有要求很高的间隙的孔或定位点，零件上有很多重要的相关位置。这样的零件需要带有多个传感器的测量系统。多个传感器的测量机能用特别的传感器来测量作为零件总特征的一部分的特别特征。

　　在一个多传感器测量系统中，这些传感器软件的集成是很重要的考虑。最好的软件集成包可以把所有在使用的传感器校准，因而它们可被用于测量程序中的任一点；而不好的集成包，在使用之前需要把每个传感器校准。另外，高效的集成，允许用任一个传感器来处理和分析数据，并且容易处理单一测量程序中的视频边缘点、激光点云和扫描接触式探头的数据。

　　OGP公司总裁Fred Mason指出：“带有专用的微测量系统的大容量(大分级行程)的多传感器系统的主要优点是能建立微观特征测量与整个零件微观特征尺寸和位置之间的关系。”一个带有传统视频测量系统行程和微型探头分辨率的系统，可以在一个零件上或相对于一个单个重要数据进行定位重要的微观特征。

　　微传感器可以用于几乎任何容量的多传感器测量系统。对于视频测量系统的一个重要考虑，就是要保证机床具有在测量范围内，零件特殊位置高放大成像所需的高分辨率的定位。当测量系统要进行高级精度的测量时，微型探测是最精密的。把视频与微型探测测量结合在一个单一的测量程序中，能生产出整个零件的特征而需要最少的操作者介入。

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