探测测试极限
| 理想化条件下，光学或其他非接触式探测技术是测量复杂，微机械零件的最佳手段，但实际上是不切实际的。光学系统具有速度的优势，并且避免使零件变形，但也有其自身的限制，因为加工件的可视边不能反映其后面的情况，并且光学系统不能确定一些三维的缺陷例如平行、垂直、柱形或平面。 然而通过综合数项传感器技术到一个测量系统中，就可以将一个复杂零件的所有关键特征在一次装夹中完成。这些多传感器测量系统通常包括非接触传感器——视频，白光和/或激光——用来表面和边的测量，和触发式和扫描式测头则用来探测那些非接触装置所不能达到的特征测量，例如沉孔。
探测微特征 传统的测量技术，例如坐标测量机触发式测头逐步发展以适应需求的变化。今天，有不同触发电压的传感器，不同长度的触针，不同尺寸和材料的测针。但是由于特征已经变的更加微小，这些探测器能达到多小仍能够稳定触发是有物理限制的。例如，一根细小的触针在探测器触发前会弯曲，错误的传达了表面的位置。又或者一根长的触针会折弯（碰到了孔或槽的边）而记录了一个数据点，而实际上触针并没有碰到待测的表面。制造技术的发展和EDM的使用使加工微小特征成为可能，而零件测试却非常困难，例如微小的孔。在一些应用中，触发探针的尺寸或触针的长度会完全阻止触发测量。触发测量不适合应用的场合包括小缝隙的测量、孔、凹槽，或孔拔模斜度，因为常规的探测器会测偏位置。 在加工时有两种常用探测器。第一种是在已有加工设备上附加部件，另外一种被称为探测器。后者是在装配设备的时候就装入的，称为集成探针。这些探针在加工时会折起不会影响加工，因此不需要更换工具。集成探测器使用可靠，随时可以使用，没有诸如线缆、无线电接口和安全电源等问题。 普通的设备安装了集成探测器就变成了可以判断环境并对环境作出反应。具有这些能力的设备在遇到越来越小的零件和零件变化较大的情况下就显示出其独特的价值了。 与控制器的通讯 先进的探测技术整合了控制器和机床中运行的软件。例如Datron Dynamics, Milford, N.H. ((暂不可见))，一家高速CNC铣削机床制造商已经研发出了第三代集成探测系统，它第一步检测是否正确放置，然后扫描和识别零件，选择正确的程序进行加工。Datron 的总裁Walter Schnecker博士 解释说：“甚至当操作员将错误的零件放进机器，该设备仍然能生产出正确的零件，因为探测扫描为该零件选择的正确的程序。小的车间有很多零件转换工作，他们可以发现能够自动检测装夹的准确性可以减少转换和工作周期。” Datron机器上的Z向修正探测可以识别加工件表面的不规则形状，无论是偶然出现的还是设计所特有的，探测器会帮助机器对它进行动态补偿。通过对未加工件表面的扫描并把这些数据传给控制器来做到这一点的。控制器为不平整的表面或工件位置自动调整。通过这个过程，装夹时间减少并且产品不良率减为最小。 Z向修正探测器是永久性安装在主轴边上，只有在需要的时候才伸出来。基于这样的设计就不需要更换工具，没有线缆的障碍，并且在主轴突然开动时不会被意外损坏。 当安装了三维探测装置，Z向补偿探测器可以对零件定位并在X、Y、Z坐标上进行表面不规则检测，找到孔和凸台的中心，在加工前进行预测量以补偿材料变化，反馈数据到ISO9000质量控制信息链中并可进行很多零件的反求工程。 安装有雷尼绍（Renishaw）TP20探测器的Datron机器可以用来对复杂零件和零件特征进行测量，例如在圆形表面进行标识（logo）雕刻。通常，三维编程需要调整表面切深变化以确保平整的雕刻深度。使用TP20表面会被扫描并且零件表面的不规则和变化会应用在加工数据中，而无需三维编程。TP20有6自由度，运动的，触发式探测系统改善工作周期。 轻微接触 来自Carl Zeiss IMT Corp.的F25机器（www.Zeiss.com）是一个接触式系统，结合了一个光学系统，包含三个传感器－两个用来测量，一个用来协助操作员。一个是压电膜式全扫描接触传感器可以有触点。它也可以用作全自动扫描模式。Zeiss的精密产品的新经理Gerrit deGlee指出，测头直径可以小到0.12mm，接触压力比传统坐标测量机典型经验值小约100倍。“这很重要,因为允许更小的夹持力。微型零件由于被夹持可能会变形，必须精确估计夹持力而不使零件变形”，deGlee说。 F25机器上所安装的光学系统，邻近接触传感器，可以独立使用或与接触传感器结合使用。该系统有环形光源可根据亮度和方向进行编程，以最小化不需要的阴影。
当要测量非常小或需要显微镜才能看到的特征时，操作员很难看到测量过程。例如F25上0.12mm的测头不放大几乎看不到。因此机器具有一个光学系统可以放大接触式探测器的测量区域，并将图象放大到显示器上便于操作者开发程序。光学检测系统直接将测量显示在测试软件屏幕上。 F25不是工厂车间用的机型，因为它的高精度和缺乏对热影响的控制，尤其是车间的环境。不可靠测量精度小于250纳米（小于0.00025mm或0.0000098英寸）。当测量达到这样的精度时，热影响就非常明显了。该机型使用稳定热膨胀系统微晶玻璃，这原本为望远镜开发的。这种材料消除了热膨胀系数的不确定，并且不再需要测试该系数的热传感器。 非接触探测 Smartscope多传感器测试系统使无测头偏移的微接触探测技术成为可能，该产品来自美国纽约州罗彻斯特的Optical Gaging Products Inc. ((暂不可见))。该技术被称为“羽毛探测”，使用微型的测头并使其做持续的微动。该探测器在一个非常窄的测头底部有一个0.125 mm的探针。当探针接近被测物体时，接近到表面引起的微动改变时，就记录一次测量值。探测器不偏移，测试系统使用小于１毫克的力。OGP说“羽毛探测”使小的缝隙，孔，凹槽或孔的拔模斜度测量变得容易了，还可以探测柔软或可变形材料。该技术可用于X, Y 和 Z 轴。 为避免损坏，探针在不使用的时候缩回到保护空间里，只有在需要自动测量时才伸出来。 另外一个来自OGP的非接触测量传感器在测量表面时具有高的侧位和高度分辨率，该传感器就是Rainbow探测白光传感器，它可以得到亚微型Z轴分辨率。这项技术在一个透镜里使用扩展轴的色差，每根光线的波长都在其光轴上不同的点。颜色分析使Rainbow探测器对表面反射和粗糙变化不敏感。当用于多传感器系统中，探测器可以扫描表面提供非接触测量，表面细节可以是任何外形的而旁边的扫描则生成该区域图形。 多传感器系统综合所有 复杂的零件具有几何的，棱镜形状和自由形态的外形，具有临界间隙的孔或定位点并且零件上许多位置有重要的联系，需要多个传感器的测量系统。多传感器测量设备可以使用特定的传感器测量测量特定的特征，作为零件全部特性描述的一部分。 在多传感器测量系统中，软件整合所有传感器是一个重要的考虑。最佳软件整合包计算所有正在使用的传感器，因此在一条测量路径上在任何点这些传感器都可以使用，而整合不佳的则需要每次使用前都校准。而且，高效的软件允许处理和分析来自任何传感器的数据，在一次测量路径里就可以很容易处理视频边界点，激光点聚合团和扫描接触探测数据。 “大容量（大行程）多传感器微探测系统的优于精密的微测量系统，一个关键的优点是可以在同一个数据文件中，将微特征的测量与微特征的尺寸联系起来，并且可以在整个零件上进行定位。” Optical Gaging Products 的总裁Fred Mason指出。带有微探测器的大行程测量系统可以在一个文件中对零件的关键微特征与一个宏观尺寸及其位置数据关联。带有传统视频测量系统和高分辨的微探测器可以对零件上的微特征进行精密定位，或与关键数据关联。 微传感器可以用于任何容量的多传感器测量系统中。重要的视频测量系统应该考虑确保设备具有高分辨率的定位以及对特定零件位置的高放大倍数。当探测系统中的测量系统的性能优异具有高精度时，微探测是最精确的。在一个测量路线中综合视频和微探测测量，可以生成零件完整的特征而无需用户介入。 |
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