多功能3D光学测量系统
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由于探针的针尖圆弧半径较大,有时可能无法测出非常精细的表面结构,从而导致测量结果失真。此外,在测量一些复杂形状(如刀具切削刃)时,由于探针的针尖很容易滑落,因此往往无法对工件边缘进行测量。
接触式测头是一种有效的测量手段,但在测量微型零件和切削刀具时存在较大的局限性,这是因为用接触式测头对精细的功能表面进行触测时,可能会对被测表面造成损伤。此外,测头探针的针尖形状会对测得的表面轮廓产生一种“平滑效应”。奥地利Alicona Imaging公司总裁兼首席执行官Stefan Scherer解释说,“由于探针的针尖圆弧半径较大,有时可能无法测出非常精细的表面结构,从而导致测量结果失真。此外,在测量一些复杂形状(如刀具切削刃)时,由于探针的针尖很容易滑落,因此往往无法对工件边缘进行测量。”
为了解决这些测量难题,以及实现对一些大型零部件(如涡轮叶片)的检测,Alicona公司开发了InfiniteFocus Real3D光学测量系统,用于测量工件的形状、表面粗糙度和轮廓。该系统集3D表面测量装置和微型坐标测量机的功能于一身,可实现对大测量空间和复杂结构表面(或粗糙表面)的高精度测量(纵向分辨率可达10nm,横向分辨率可达400nm)。Scherer说,“对用户而言,这意味着只需用一台仪器就能完成对工件形状和表面粗糙度的测量。只要表面粗糙度大于Ra10-15nm,用户就能获得具有高分辨率的测量结果。”
InfiniteFocus系统的完整形状光学3D测量功能主要基于其变焦(Focus-Variation)技术。该技术利用垂直扫描光学系统较小的焦深来提供形貌和色彩信息。Scherer解释说,与其他光学测量技术相比,该系统有两个特点值得注意。首先,Alicona的测量方法并不局限于同轴照明或其它特定的照明方式,从而可以克服最大可测倾角(约为90°)对测量范围的一些限制。其次,该技术可对每个测量点提供真彩色显示的测量信息(该系统一次测量的测量点可以超过1亿个)。
此外,InfiniteFocus系统可以配备一个3D旋转装置,从而能对一些圆形工件(如立铣刀和钻头)进行360°全方位测量。该功能是基于一种先进的3D合并技术来实现的。该技术能将从各个不同位置测得的单一测量结果自动整合为一组完整的3D数据。Scherer说,“Real3D技术可从不同的角度对同一个零部件进行可视化测量,还可以测量其轮廓、尺寸差和形状。”
美国威斯康星大学麦迪逊分校机械工程系副教授Frank E. Pfefferkorn指出,这种完整形状光学3D测量技术对刀具制造商提高刀具(如微型钻头)的使用寿命有很大的帮助,因为刀具制造商可以借助该技术精确地检测刀具磨损情况。“它使你能更好地了解所采用的加工工艺,因为你可以检测一个三维物体的几乎所有形貌。”
在为本科生和研究生开设的金属切削课程中,Pfefferkorn要求学生们在工具显微镜(这种光学显微镜没有图像采集功能和测量软件)和具有Real3D功能的InfiniteFocus测量系统上测量车削刀片的后刀面磨损。他们发现,使用该测量系统可以消除用工具显微镜测量时难以避免的操作者固有误差。
Scherer说,该测量系统简单直观、易于使用,用户只需接受不到一小时的技术指导,就能独立完成标准的测量操作。随着测量和检测技术的发展,制造商已能完成许多过去难以实现的检测任务,从而能更好地了解工艺性能,帮助他们优化制造工艺,以较小的误差预算达到公差要求。他说,“在质量控制方面,有时候很难衡量投资回报率。只有在用三坐标测量机确定一个工件报废或必须返工后,才比较容易计算出其经济损失。幸运的是,有些测量技术可以集成到生产流程中,在将工件送到坐标测量机上进行终检之前确保其加工精度。”
本文作者:张宪(编译)
原载:《工具展望》
上载于:2014-12-2 13:47:21

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