坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)上的現(xiàn)代傳感器系統(tǒng)

　　觸覺(jué)或接觸式探頭是坐標(biāo)測(cè)量領(lǐng)域最常見(jiàn)的計(jì)量技術(shù)，包括更專業(yè)的齒輪測(cè)量領(lǐng)域。觸覺(jué)探針可以是有源的或無(wú)源的、僅掃描或觸摸的，并且成本和性能可能因系統(tǒng)本身而異。它們由多家工業(yè)公司作為獨(dú)立的OEM產(chǎn)品(例如Renishaw)提供，或者僅包含在其坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中(例如Zeiss、Klingelnberg和Hexagon)。它們的整體性能，尤其是穩(wěn)健性和靈活性，已成為大多數(shù)計(jì)量任務(wù)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

　　多家公司(例如Wenzel、Gleason、Klingelnberg、Zeiss、Hexagon)提供不同的光學(xué)計(jì)量更新作為附加組件或包含在其坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的混合測(cè)量概念中。與觸覺(jué)計(jì)量相比，其主要思想是提高測(cè)量速度。對(duì)于某些應(yīng)用，非接觸式光學(xué)系統(tǒng)的好處是對(duì)樣品表面本身的影響可以忽略不計(jì)，也可能有利于減少對(duì)涂層或其他易碎表面的損壞。其他方法包括使用光學(xué)系統(tǒng)提供的附加信息，例如，分析顏色、材料吸收或有關(guān)表面粗糙度的信息。

　　CMM上的光學(xué)計(jì)量使用多種具有不同優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。常見(jiàn)的傳感器系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)光掃描儀、采用點(diǎn)或線配置的不同激光顏色的激光三角測(cè)量，以及使用干涉或共焦彩色方法的白光傳感器系統(tǒng)。大多數(shù)這些系統(tǒng)可從OEM公司購(gòu)買(mǎi)或直接包含在他們的計(jì)量系統(tǒng)中(例如Keyence、Mitutoyo、Zeiss/GOM)。不太常見(jiàn)但可商用的系統(tǒng)包括共焦激光傳感器、激光飛行時(shí)間系統(tǒng)和頻率梳的使用。

　　光學(xué)齒輪計(jì)量

　　隨著光學(xué)計(jì)量在坐標(biāo)計(jì)量界的影響力不斷增強(qiáng)，LED、激光器、數(shù)碼相機(jī)和光學(xué)傳感器等光學(xué)技術(shù)以不斷提高的性能和越來(lái)越低的價(jià)格進(jìn)入大眾市場(chǎng)，使用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行快速、精確的齒輪計(jì)量的想法日益增多。過(guò)去二十年。本文簡(jiǎn)要概述了齒輪計(jì)量光學(xué)技術(shù)的歷史，并描述了一種具有實(shí)際效果的混合(光學(xué)和觸覺(jué))齒輪測(cè)量方法。

　　在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，光學(xué)齒輪計(jì)量在2000年左右開(kāi)始受到更多關(guān)注。1997年，一份出版物試圖推銷在齒輪計(jì)量中使用光柵的想法。2003年，討論了齒輪計(jì)量和分析的新方法，包括光學(xué)計(jì)量。2005年和2006年，演示了用于齒輪計(jì)量的條紋投影(結(jié)構(gòu)光)。GOM(蔡司)使用并優(yōu)化的一項(xiàng)技術(shù)，用于快速3D采集相當(dāng)大的零件，例如汽車零件(例如門(mén))甚至整車。2011年，展示了干涉測(cè)量系統(tǒng)。隨著尼康于2012年為其光學(xué)輪廓測(cè)量設(shè)備申請(qǐng)了專利，業(yè)界慢慢開(kāi)始加入這一進(jìn)程。格里森于2017年展示了用于多傳感器齒輪檢測(cè)系統(tǒng)的激光技術(shù)，并于2019年展示了采用集成激光技術(shù)的齒輪滾動(dòng)系統(tǒng)。此外，學(xué)術(shù)界于2019年展示了一種使用先進(jìn)干涉技術(shù)的復(fù)雜方法，即數(shù)字多波長(zhǎng)全息術(shù)。DWFritz因其使用多個(gè)激光三角測(cè)量傳感器的非接觸式計(jì)量技術(shù)ZeroTouch榮獲2020年Fest & Sullivan 最佳實(shí)踐獎(jiǎng)。

　　Klingelnberg從1992年開(kāi)始展示了學(xué)術(shù)級(jí)和工業(yè)級(jí)原型，包括激光三角測(cè)量、2004年的條紋圖案投影、2011年的白光傳感器和2015年的干涉光纖傳感器。由此，定制的激光三角測(cè)量系統(tǒng)于2017年推向市場(chǎng)，定制的白光傳感器于2018年展示。第一個(gè)白光傳感器系統(tǒng)與P 26 齒輪測(cè)量機(jī)完全集成，并用于Klingelnberg的混合計(jì)量概念不久后就交付給客戶了。

　　應(yīng)該指出的是，混合計(jì)量學(xué)一詞確實(shí)缺乏明確的定義?；旌嫌?jì)量用于使用光學(xué)和觸覺(jué)元件的直接組合(值得注意的提及)來(lái)表征混合傳感器，以及以串行或并行方式使用分離的觸覺(jué)和光學(xué)傳感器的方法。該出版物中更詳細(xì)地描述了該方法，該方法結(jié)合使用了觸覺(jué)系統(tǒng)和單獨(dú)的光學(xué)傳感器。

　　用于齒輪計(jì)量的光學(xué)傳感器

　　雖然計(jì)量行業(yè)和科學(xué)界使用了幾種不同的傳感器，但光學(xué)齒輪計(jì)量的三種主要傳感器類型是激光三角測(cè)量、結(jié)構(gòu)光投影和白光傳感器。

　　激光三角測(cè)量

　　激光三角測(cè)量是齒輪計(jì)量最常見(jiàn)的系統(tǒng)，也經(jīng)常用于其他工業(yè)應(yīng)用。激光三角測(cè)量可實(shí)現(xiàn)緊湊、快速且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可從不同的OEM制造商處獲得。根據(jù)應(yīng)用，可以使用單點(diǎn)系統(tǒng)和線傳感器。典型的激光顏色為紅色(約655 nm)或藍(lán)色波長(zhǎng)范圍(455 nm)，每種顏色對(duì)表面散射過(guò)程都有不同的影響。激光系統(tǒng)的功率通常為3R級(jí)或更低，從而產(chǎn)生輸出功率小于5 mW 的可見(jiàn)光。具有較高輸出功率或不可見(jiàn)光束的激光器可能很危險(xiǎn)，并且計(jì)量系統(tǒng)可能需要特殊的保護(hù)和安全功能。雖然商用系統(tǒng)可以達(dá)到50 kHz 左右的采集速率(Keyence、Micro-Epsilon、和其他)以公平的價(jià)格計(jì)算，眾所周知，可實(shí)現(xiàn)的精度存在根本限制。該主題在2021年針對(duì)齒輪形狀測(cè)量進(jìn)行了討論，并與共焦色原理進(jìn)行了比較。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，必須仔細(xì)控制緊湊型傳感器的溫度行為。

　　結(jié)構(gòu)光投影

　　結(jié)構(gòu)光投影或條紋圖案投影的想法是基于對(duì)不同的眾所周知的圖案的不同行為的了解，這些圖案被投影到目標(biāo)上并使用立體相機(jī)設(shè)置進(jìn)行成像。所使用的軟件算法、圖案結(jié)構(gòu)、所使用的圖案的數(shù)量、甚至所使用的光的波長(zhǎng)可能會(huì)根據(jù)制造商或科學(xué)家的不同而有所不同。然而，傳感器系統(tǒng)適用于較大零件的快速、完全數(shù)字化。因此，該技術(shù)已經(jīng)成熟，可以從不同的制造商(GOM Metrology、Keyence等)購(gòu)買(mǎi)。自2005年左右以來(lái)，學(xué)術(shù)界一直在討論準(zhǔn)確性和提高準(zhǔn)確性的潛力。根據(jù)樣品的表面類型，如齒輪。

　　白光傳感器

　　白光傳感器一詞并不具體，可以應(yīng)用于多種傳感器技術(shù)。在大多數(shù)情況下，共焦彩色傳感器或干涉?zhèn)鞲衅鞫加眯g(shù)語(yǔ)白光傳感器來(lái)描述。共焦彩色傳感器是共焦傳感器的高級(jí)版本，用寬帶光源取代單色光源，并用更復(fù)雜的光譜儀取代簡(jiǎn)單的基于強(qiáng)度的點(diǎn)檢測(cè)器。通過(guò)對(duì)光譜儀光譜信息的智能解釋，對(duì)共焦設(shè)置的這種修改獲得了獲取空間線區(qū)域距離信息的能力，但失去了原始設(shè)置的橫向分辨率和簡(jiǎn)單性。OEM和獨(dú)立系統(tǒng)可從不同的供應(yīng)商處獲得(例如Micro-Epsilon、Precitec、Keyence)。干涉?zhèn)鞲衅骼脤拵Ч庠吹牡蜁r(shí)間相干性以及光譜儀或可調(diào)諧光源與更簡(jiǎn)單的強(qiáng)度檢測(cè)器相結(jié)合來(lái)生成距離信息。更詳細(xì)的解釋可以在一篇有關(guān)光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的評(píng)論論文中找到，這是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物界的技術(shù)。這兩種技術(shù)都可以使用光纖輕松分離不同的光學(xué)組件(例如，傳感器頭、電子器件和光源)，從而更容易進(jìn)行熱管理。更詳細(xì)的解釋可以在一篇有關(guān)光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的評(píng)論論文中找到，這是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物界的技術(shù)。這兩種技術(shù)都可以使用光纖輕松分離不同的光學(xué)組件(例如，傳感器頭、電子器件和光源)，從而更容易進(jìn)行熱管理。更詳細(xì)的解釋可以在一篇有關(guān)光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的評(píng)論論文中找到，這是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物界的技術(shù)。這兩種技術(shù)都可以使用光纖輕松分離不同的光學(xué)組件(例如，傳感器頭、電子器件和光源)，從而更容易進(jìn)行熱管理。

　　值得注意的提及

　　有組合式觸覺(jué)/光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，例如Werth光纖探頭或Renishaw SP25M。雖然技術(shù)方面很有趣，但它們對(duì)齒輪計(jì)量界的影響似乎有限。對(duì)于其他方法來(lái)說(shuō)也是如此，例如使用光學(xué)頻率梳或純激光共焦傳感器。對(duì)于齒輪的小特征或非常小的齒輪(微型齒輪)，可以使用焦點(diǎn)變化技術(shù)或先進(jìn)的散射光技術(shù)。這兩種方法均可從不同的公司購(gòu)買(mǎi)，包括Confovis、Keyence、Alicona和Optosurf。然而，即使對(duì)于小齒輪或粗糙度等特征，觸覺(jué)系統(tǒng)仍然是黃金標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不同技術(shù)(例如干涉測(cè)量)出現(xiàn)的相位展開(kāi)問(wèn)題，Wang等人討論了齒輪齒面。2020年。

　　分辨率、準(zhǔn)確性和再現(xiàn)性

　　在光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，術(shù)語(yǔ)分辨率用于描述系統(tǒng)的性能。詳細(xì)討論了具有不同標(biāo)準(zhǔn)(例如瑞利、Sparrow和阿貝)的橫向和軸向分辨率以及相干和非相干照明的情況。對(duì)于工業(yè)環(huán)境中的齒輪計(jì)量來(lái)說(shuō)，這個(gè)討論不太重要。盡管如此，還是值得更精確地指出一些方面。

　　光斑尺寸與觸覺(jué)觸摸尺寸

　　眾所周知，觸覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)所使用的球體的尺寸(直徑)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果?？梢允褂脭?shù)學(xué)形態(tài)濾波器來(lái)描述影響，以描述或模擬觸筆的機(jī)械濾波器，如DIN EN ISO 16610-41中的標(biāo)準(zhǔn)化。甚至還討論了多尺度形態(tài)濾波器是否可以直接用于齒輪故障檢測(cè)，但使用噪聲數(shù)據(jù)而不是幾何數(shù)據(jù)。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，樣本(齒輪)的實(shí)際表面與測(cè)量表上看到的特征數(shù)據(jù)點(diǎn)之間存在差異。一般來(lái)說(shuō)，這種差異取決于測(cè)量點(diǎn)的大小和物理行為以及測(cè)量軟件使用的附加濾波器。典型結(jié)果如圖1所示。

　　圖1 頂部的行顯示了齒輪輪廓6.5毫米滾動(dòng)路徑上的480個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的模擬輪廓偏差。中間的行顯示了使用1.5毫米觸筆的形態(tài)濾波器的影響。底部的行顯示應(yīng)用高斯濾波器(3%窗口)的數(shù)據(jù)。

　　通過(guò)解釋結(jié)果，讀者必須記住，數(shù)據(jù)是模擬數(shù)據(jù)，其唯一目的是演示觸筆的機(jī)械濾波器(由形態(tài)濾波器說(shuō)明)和高斯濾波器(如在典型齒輪上看到的)的影響測(cè)量表。從這個(gè)例子可以看出，雖然高頻分量可能發(fā)生巨大變化，但信號(hào)的低頻分量(輪廓偏差)大部分保持不變。因此，根據(jù)齒輪特征的類型，數(shù)據(jù)可能會(huì)根據(jù)觸針尺寸以及測(cè)量技術(shù)而變化。其原因是，與技術(shù)表面上的觸覺(jué)筆相比，大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)在齒輪側(cè)面上的光斑尺寸或觸摸面積較小。此外，事實(shí)上，機(jī)械系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)之間的“接觸”物理現(xiàn)象或測(cè)量系統(tǒng)與物體之間的相互作用是不同的。換句話說(shuō)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與齒輪上的特征類型(低頻或高頻)以及所使用的計(jì)量技術(shù)(接觸尺寸和物理)有關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)最高精度，需要某種專業(yè)知識(shí)，可能由計(jì)量制造商或科學(xué)界開(kāi)發(fā)的智能軟件算法提供。

　　準(zhǔn)確性和重復(fù)性

　　測(cè)量系統(tǒng)分析常用的方法是類型1研究，該方法將產(chǎn)生 從一系列至少 n = 25 次測(cè)量中獲取的Cg 和 Cgk值 (參考文獻(xiàn)26、27)。Cg值提供了有關(guān)再現(xiàn)性的信息，主要由測(cè)量過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)偏差(西格瑪)表示，而Cgk 值 則添加了有關(guān)研究的準(zhǔn)確性(測(cè)量值與實(shí)際值之間的差異)的信息。

　　Cg 值定義為：

　　其中 dt 是繪圖公差系數(shù)，默認(rèn)值為20% (0.2)，T是繪圖公差本身，si 是西格瑪間隔系數(shù)(通常為4，有時(shí)為6)， v 是標(biāo)準(zhǔn)差。Cg 和 Cgk常用的目標(biāo)值為 1.33。標(biāo)準(zhǔn)差 v 由下式給出：

　　其中n(25或更多)表示測(cè)量次數(shù)，x i 是索引i的測(cè)量結(jié)果，x?是所有n個(gè)測(cè)量結(jié)果的平均值。

　　圖2顯示了客戶的目標(biāo)Cg為1.33、dt為0.2、si為6的給定公差所需標(biāo)準(zhǔn)差的快速示例。

　　圖2 目標(biāo)Cg為1.33的示例的圖紙公差和所需標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　雖然所需的再現(xiàn)性由圖紙公差給出并且取決于應(yīng)用，但對(duì)于汽車行業(yè)中的大多數(shù)齒輪特征來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的值是0.1 µm 左右的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　設(shè)置

　　在實(shí)驗(yàn)中，使用了第六代Klingelnberg P26 計(jì)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置用于混合計(jì)量，具有光學(xué)傳感器包以及相應(yīng)的2021年9月版本的軟件。所采用的觸覺(jué)系統(tǒng)是Klingelnberg專有的3D Nanoscan 觸覺(jué)探測(cè)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)是專有的非接觸式HISPEED OPTOSCAN，基于定制白光傳感器，光斑尺寸約為12 µm。

　　CMM上光學(xué)傳感器的基本精度和再現(xiàn)性

　　CMM精度和再現(xiàn)性方面的基本限制是由其定義和檢索其中心/零位置的能力給出的，或者換句話說(shuō)，由校準(zhǔn)定義的。雖然該限制受到光學(xué)傳感器本身的能力(例如分辨率)的影響，但它也受到CMM底盤(pán)的機(jī)械和熱穩(wěn)定性、平移臺(tái)的質(zhì)量、電機(jī)控制單元、溫度控制、軟件應(yīng)用的過(guò)濾器和多種其他影響。

　　定義該校準(zhǔn)過(guò)程的可重復(fù)性的研究通常是在高度受控環(huán)境中的明確條件下進(jìn)行的，例如在用戶影響最小的隔振氣候室中。在這些條件下使用克林貝格雜交P26，并在樣本量為 n = 100 的研究中進(jìn)行分析。結(jié)果如圖3所示。

　　圖3 在受控條件下進(jìn)行n = 100 次測(cè)量的預(yù)設(shè)研究。頂部的圖表顯示了每個(gè)軸(xyz)與平均值的偏差，底部的圖表顯示了測(cè)量之間的變化。

　　結(jié)果表明，在近乎完美的條件下，最大誤差約為200 nm，x軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為28 nm，y軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為35 nm，z軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為38 nm。就測(cè)量系統(tǒng)分析而言，這將導(dǎo)致工藝就緒的公差，對(duì)于 Cg = 1.33 的相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，具有6 v 間隔和1.6 µm 的0.2拉伸公差。

　　物理限制

　　雖然光學(xué)計(jì)量廣泛應(yīng)用于不同的工業(yè)、醫(yī)學(xué)和生物領(lǐng)域，但齒輪界對(duì)其性能和行為一直持懷疑態(tài)度，而且光與物質(zhì)之間的物理相互作用給光學(xué)齒輪計(jì)量帶來(lái)了局限性。

　　吸收和反射

　　這種方法的主要限制是每個(gè)光學(xué)計(jì)量系統(tǒng)都需要返回某種類型檢測(cè)器單元的光。兩個(gè)物理過(guò)程可能會(huì)限制此路徑：吸收和反射。例如，具有相當(dāng)高光吸收率的目標(biāo)(例如啞光黑色目標(biāo))永遠(yuǎn)不會(huì)成為光學(xué)計(jì)量的良好目標(biāo)。對(duì)于反射率非常高的目標(biāo)(例如鏡狀物體)也是如此，因?yàn)楣鈱⒆裱瓷涠桑@在齒輪計(jì)量的情況下通常意味著反射光不會(huì)再次到達(dá)傳感器。雖然這兩種情況在齒輪行業(yè)都有可能出現(xiàn)，但在汽車行業(yè)甚至整個(gè)行業(yè)本身卻不太可能出現(xiàn)。類似但不常見(jiàn)的情況是透明(塑料)齒輪，

　　污垢、灰塵、鐵銹和油污

　　與污垢對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響有限的觸覺(jué)筆不同，非接觸式光學(xué)技術(shù)將光路中的每個(gè)障礙物作為物體的一部分進(jìn)行測(cè)量。為了達(dá)到最高的質(zhì)量水平，需要清潔和干燥的物體。如果在生產(chǎn)過(guò)程中仔細(xì)執(zhí)行齒輪的標(biāo)準(zhǔn)清潔過(guò)程(離心和使用氣壓)，則認(rèn)為這不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生重大影響。不過(guò)，這需要提前檢查。

　　陰影和探測(cè)角度

　　例如，根據(jù)所使用的傳感器技術(shù)，如果照明光束和檢測(cè)光束分開(kāi)，齒輪的典型幾何形狀可能會(huì)導(dǎo)致陰影。這意味著齒輪的一部分被其他部分阻擋，從而導(dǎo)致齒輪上出現(xiàn)死角。通過(guò)對(duì)測(cè)量運(yùn)動(dòng)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，通常與傳感器頭的附加旋轉(zhuǎn)和/或平移臺(tái)相結(jié)合，可以部分避免這種情況。

　　與接觸過(guò)程始終與表面正交的觸覺(jué)探頭相比，大多數(shù)光學(xué)傳感器系統(tǒng)并非如此。如果光學(xué)傳感器頭遵循齒輪的幾何形狀，則其速度優(yōu)勢(shì)的主要部分將被削弱。需要考慮這個(gè)過(guò)程的影響。然而，這主要與高頻特征相關(guān)，例如粗糙度。

　　在下一節(jié)中，將提供用于齒輪分析的光學(xué)/混合計(jì)量任務(wù)的實(shí)際示例。此示例重點(diǎn)關(guān)注齒輪的節(jié)距測(cè)量。這是齒輪的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量任務(wù)，與其他計(jì)量任務(wù)相比，它占用了大部分測(cè)量時(shí)間。目標(biāo)是展示混合計(jì)量概念相對(duì)于僅觸覺(jué)測(cè)量速度的方法的改進(jìn)。此外，通過(guò)進(jìn)行校準(zhǔn)研究證明了系統(tǒng)的總體精度。

　　混合計(jì)量用例示例

　　雖然在非常受控的環(huán)境中測(cè)量的結(jié)果是最佳情況的演示，但經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師會(huì)詢問(wèn)現(xiàn)實(shí)世界的情況。

　　在Klingelnberg Hybrid P 26的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)驗(yàn)收過(guò)程中收到了以下結(jié)果。測(cè)量條件與溫控車間相當(dāng)。這意味著這絕對(duì)不是一個(gè)高級(jí)計(jì)量室，但也不是最糟糕的車間場(chǎng)景。對(duì)于驗(yàn)收程序的第一部分， 進(jìn)行了n = 25 的校準(zhǔn)(預(yù)設(shè))研究。結(jié)果如圖4所示。

　　圖4 使用Klingelnberg Hybrid P 26 的光學(xué)傳感器在生產(chǎn)車間中進(jìn)行n = 100 次測(cè)量的預(yù)設(shè)研究。頂部的圖顯示了每個(gè)軸(xyz)與平均值的偏差，底部的圖顯示了顯示測(cè)量之間的變化。

　　結(jié)果表明，最大誤差約為640 nm，x軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為156 nm，y軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為161 nm，z軸分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為200 nm。

　　對(duì)于第二部分，在類型1研究中使用了 經(jīng)過(guò)DAkkS認(rèn)證的齒輪，其z = 63 個(gè)齒、法向模數(shù) mn = 1.52 mm、壓力角為17度、螺旋角為31.5度，并進(jìn)行了n = 25 次測(cè)量。使用基于DIN ISO 1328 的質(zhì)量等級(jí)4的齒輪公差，滿足基于VDI/VDE 2612 / 2613 的A級(jí)測(cè)量機(jī)的要求。根據(jù)預(yù)驗(yàn)收程序，繪圖公差系數(shù)為0.2，并使用四西格瑪區(qū)間。結(jié)果如圖5所示。

　　圖5 對(duì)n = 25 次測(cè)量的1類研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯示所有指數(shù)特征的Cg和Cgk值均顯著大于1.33的目標(biāo)，表明測(cè)量工具功能強(qiáng)大。在生產(chǎn)環(huán)境中使用Klingelnberg Hybrid P 26 的光學(xué)傳感器進(jìn)行測(cè)量。

　　ISO 1328 中描述了用于螺距偏差分析的參數(shù)，fpMax 是單個(gè)螺距偏差的最大值，F(xiàn)p 是總累積螺距偏差，單位為µm，F(xiàn)r 是跳動(dòng)，單位為µm，mdK 是球的直徑尺寸，單位為µm。微米。下標(biāo)l表示齒輪的左齒面，r 表示齒輪的右齒面。

　　與觸覺(jué)(點(diǎn))方法相比，對(duì)于所使用的齒輪，光學(xué)指數(shù)測(cè)量方法的速度提高了約70%，而對(duì)于觸覺(jué)側(cè)面方法，速度提高甚至更大。這取決于齒輪的法向模數(shù)以及壓力角。與壓力角為17度的齒輪相比，稍大的壓力角(例如20度)將帶來(lái)更大的速度優(yōu)勢(shì)，通常達(dá)到80%左右的速度增益。說(shuō)到相對(duì)值，測(cè)量時(shí)間的絕對(duì)增益還取決于齒數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，更多的牙齒會(huì)給光學(xué)方法帶來(lái)更大的時(shí)間效益。

　　討論

　　在Klingelnberg Hybrid P 26 上執(zhí)行的光學(xué)指數(shù)測(cè)量方法的實(shí)際結(jié)果表明了幾個(gè)結(jié)論：

　　用于指數(shù)測(cè)量的光學(xué)計(jì)量是一種能夠加速齒輪測(cè)量的強(qiáng)大工具，即使是基于類型1研究結(jié)果的高質(zhì)量齒輪，還留有一些余量。

　　索引測(cè)量的相對(duì)加速可能相當(dāng)高(80%)，這對(duì)總體測(cè)量時(shí)間有影響，因?yàn)樗饕郎y(cè)量是最耗時(shí)的測(cè)量。一般時(shí)間的改進(jìn)或齒輪吞吐量的更好的每日增益取決于為完整的質(zhì)量控制過(guò)程執(zhí)行的其他任務(wù)的數(shù)量以及齒輪的幾何形狀。測(cè)量四個(gè)齒上的輪廓和導(dǎo)程、第一個(gè)齒上的扭轉(zhuǎn)檢查、索引測(cè)量、跳動(dòng)以及尖端和根部直徑以及工件軸位置檢測(cè)的典型過(guò)程仍然可以受益于15之間的光學(xué)索引測(cè)量指示。齒輪每日吞吐量增加%至30%。

　　正常生產(chǎn)環(huán)境中的預(yù)設(shè)測(cè)量顯示，預(yù)設(shè)值會(huì)根據(jù)溫度變化而出現(xiàn)微小漂移，如圖4所示。預(yù)設(shè)值的這種漂移與材料(例如，用于固定光學(xué)元件)的膨脹有關(guān)，基于溫度變化。通過(guò)對(duì)溫度補(bǔ)償模型進(jìn)行額外調(diào)整以將光學(xué)系統(tǒng)包括在內(nèi)，將來(lái)可以將這種漂移降至最低。目標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　僅當(dāng)速度的提高不會(huì)帶來(lái)精度或再現(xiàn)性的損失時(shí)，齒輪的光學(xué)計(jì)量才被接受。兩者都需要在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中使用經(jīng)過(guò)認(rèn)證的主零件進(jìn)行研究來(lái)檢查。齒輪測(cè)量界面臨著現(xiàn)代齒輪公差相當(dāng)?shù)偷奶魬?zhàn)，特別是在電動(dòng)汽車、觸覺(jué)和光學(xué)計(jì)量領(lǐng)域。

　　這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，與純觸覺(jué)方法相比，混合音高測(cè)量具有很大的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)將證明這項(xiàng)技術(shù)是否會(huì)在業(yè)界得到廣泛接受。然而，從我們的角度來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)是有前途的。

　　總結(jié)與展望

　　基于當(dāng)今的技術(shù)，光學(xué)計(jì)量如果嵌入混合計(jì)量概念中，將是一種強(qiáng)大的工具，可以增強(qiáng)用戶的齒輪計(jì)量體驗(yàn)。它可以提高特定任務(wù)(例如指標(biāo)測(cè)量)的測(cè)量速度，從而降低質(zhì)量成本。

　　此外，如果未來(lái)的測(cè)量任務(wù)具有相當(dāng)大的復(fù)雜性，光學(xué)計(jì)量將有利于它們。所有未來(lái)的質(zhì)量控制策略，例如地形測(cè)量、100%工業(yè)4.0、閉環(huán)或整體方法，都將需要復(fù)雜的測(cè)量策略。因此，現(xiàn)代質(zhì)量控制將受益于快速光學(xué)計(jì)量。與觸覺(jué)金標(biāo)準(zhǔn)相比，光學(xué)計(jì)量是否具有相似或更好的精度。

　　我們認(rèn)為混合方法雖然仍需要一些微調(diào)和更廣泛的功能，但它是齒輪計(jì)量的未來(lái)。