快速測量的七個技巧

卡爾蔡司（上海）管理有限公司

快速測量的七個技巧

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一臺高性能的測量機是執(zhí)行快速、高效測量的前提條件。然而，許多操作人員并沒有使他們的三坐標測量機達到最高的效率。來自德國區(qū)域銷售部的Nadine Schwab先生想出了七個測量技巧，以幫助三坐標測量機的用戶提高機器的利用率。

技巧 1:使用更加穩(wěn)定的測針系統(tǒng)提高測量速度

按照Nadine Schwab先生的方法，使用合適的測針系統(tǒng)是迅速完成測量過程的一個最重要條件。由于輕巧、剛性好的測針和測針加長桿受彎曲或者離心力的負面影響較小，因此使用這些產(chǎn)品可以使我們更快、更精確的完成測量工作。以下舉例說明了為什么測針的材料是如此重要的一個原因。

對于測量而言，碳纖維是理想材料：碳纖維重量輕，具有較高的抗彎強度，并且由于其具有良好的熱穩(wěn)定性，諸如鋁、不銹鋼、鋼、鈦和陶瓷等材料都無法與之相比。ZEISS采用了特殊的碳纖維，與鈦金屬適配器相結合，應用于測針及測針加長桿較高的掃描速度會明顯增加引發(fā)探針系統(tǒng)變形的彎曲力，因此，這類具有很好剛性的ZEISS ThermoFit探針系統(tǒng)，在執(zhí)行大量的測量工作時就顯得尤其重要。以每秒8毫米的速度為例，使用鈦金屬測針加長桿會產(chǎn)生7.3微米的誤差。但如果測量機以每秒12毫米的速度進行掃描，誤差則會達到13.0微米。而在相同條件下，采用ThermoFit碳纖維結合鈦合金的測針加長桿，則只有1.7或2.4微米的偏差。

技巧 2:金剛石測針縮短停機時間

除了桿的材料外，Schwab還指出，針尖材料，即在測量過程中滑過工件的材料也同樣至關重要。如果測球是由紅寶石或氮化硅材料制成的，當它接觸到像陶瓷這類很硬的材料或像鋁合金這樣很軟的材料時，隨著時間的推移，其圓度會越來越差。掃描硬的工件會一點點地磨損測球的表面。紅寶石或氮化硅球會磨掉軟質工件上的少量材料。然后這些材料會積聚在測球的表面上。隨著時間的推移，這兩種效果都會影響測量結果。正因為如此，操作者必須定期清潔由紅寶石或氮化硅制成的測針，當測量極端材料時，還必須經(jīng)常更換它們。而更換測針，再重新測量這樣的情況使得測量機不能得到高效地利用。這就是為什么許多操作人員放棄對工件進行連續(xù)掃描的原因；單點測量意味著測針損耗的減少。然而，對比掃描過程，在短時間內產(chǎn)生大量的測量數(shù)據(jù)，單點測量不僅會顯著放慢測量速度，而且還有其他的缺點。操作人員處于兩難的境地：他們要么以較高的工作量為代價捕獲較少的測量點并接受較大的測量不確定度，要么就是測量很多單點，降低了測量不確定度，但卻增加了測量時間。

ZEISS提供了一種擺脫這種困境的方法，這就是具有特制的金剛石涂層的Diamond!Scan測針。它的優(yōu)點是什么？根本無需對測針針尖進行檢查和清洗！原因是不會有材料殘留在球的表面，也不會有磨損的產(chǎn)生。Schwab解釋說：“因為測針會保持原有的形狀很多年，因此不需要進行更換。還有不需要進行單點測量，因為對工件的連續(xù)掃描不再會對精度產(chǎn)生不利的影響。最終結果:提高了工作量”。

技巧 3:托盤減少更換時間

Schwab知道，即便使用擁有最合適探針系統(tǒng)的高性能測量機，質量保證也可能成為一個瓶頸。一個可能的原因是，在加載工件時，坐標測量機總是要停幾分鐘的時間。不管是一系列的手機外殼或傳感器，都可能需要幾分鐘的時間進行加載，特別是需要在同一時間安裝多個工件時。當測量不同的工件，需要操作者頻繁更換夾具時，也會花費大量的時間和精力。

“托盤是一種簡單但會經(jīng)常被低估的解決方案，”Schwab說，“當測量機正在測量時，操作者可以將下一組工件放到測量機外部的托盤上。這樣完成以后，就很容易將托盤裝載到機器上?！蔽覀兛梢栽趲酌腌娭畠日_地定位托盤，不需要進行校準。比如:通過使用托盤，操作者可以節(jié)省由于每次夾具更換而需要裝載和校準產(chǎn)生的大約15分鐘的時間。如果假設測量、裝載和/或校準使用相同的時間，那么每臺使用托盤的測量機可以測量的工件有兩倍之多。根據(jù)Schwab的經(jīng)驗，校準托盤可以節(jié)省更多的時間甚至是在第一次測量之前也可以節(jié)省大量時間。在這些托盤上，有一個帶球的固定的標準球球座，如果需要，可以配備環(huán)規(guī)和玻璃校準器。要進行校準時，操作者只需將托盤放置到機器上，然后啟動測量程序即可。因為所有的校準儀器是托盤的一部分，只需幾分鐘就可以清除這些輔助工具。

技巧 4:框架設計的夾具提高了檢測效率

除了使用托盤，Schwab也建議要認真考慮工件的裝卡方法?！笆褂脴藴蕣A具進行測量時可以提高檢測效率，同時可以大量節(jié)省籌備階段的夾具設計和生成測量程序的時間?！?/p>

Schwab指出，由于框架設計中，工件被固定在金屬框架上，因此在這種結構設計中的夾具比立柱式測量更利于執(zhí)行難度更大的測量?？蚣馨惭b在立柱上，反過來這些再固定在一個基板上。而使用傳統(tǒng)的設備，用于安裝工件的每個元器件通常都是在其自己的立柱上。這些立柱限制了測針接近工件的能力。對于水平夾緊和垂直夾緊也是如此。測量程序需要考慮此因素。而在新的這種框架結構中通過進行對比，可以從各個側面方便地接近工件，因此不僅加快了測量程序的開發(fā)，還減少了測量時間的投入。

該框架結構還有一個好處：因為夾緊原理所具有的優(yōu)勢，基板和四個立柱不會改變，所以可以為不同的工件類型設計相似的夾具。這類夾具是相對統(tǒng)一的，并為操作者在很大程度上提供規(guī)范測針和測量程序的機會。這樣操作者就會更快地使用這些工具。

技巧 5:集成式溫度捕獲節(jié)省時間

對于Schwab來說，集成在托盤中的溫度傳感器會帶來更大效益。在測量開始時，它自動捕獲工件溫度，并將此信息傳遞給測量機。這位專家解釋說：“操作員不再需要手動加載傳感器或使用溫度測針，這是提高系列測量效率的一個重要因素。讓我們以一個八小時輪班制為例。假設一個測量周期需要15分鐘，其中包括一分鐘的溫度測量，那么總共可以節(jié)省半個多小時的時間。

技巧 6:軟件加速測量

硬件并不是唯一影響測量時間的因素，軟件也起著重要作用。舉例說明：測針掃描工件并觸及到表面上的凹部。在這一點上，典型的程序將是垂直向上移動并穿過此空間，然后在該空間的另一側的下一個特征處垂直向下移動。使用ZEISS VAST Performance性能軟件包的“FlyScan”功能，不必要進行“向上、進一步前移、向下”這種迂回，相反，測針直接在空間上移動，并繼續(xù)另一側的掃描，不會出現(xiàn)任何中斷。但軟件還是會評價、計算正確的測量點據(jù)Schwab估計，這個過程可以減少應用程序高達70%的測量時間，如齒輪的齒頂圓測量。

QuickChange是另外一個軟件功能，可以使測針更換速度再快一倍。Schwab推薦使用這種用于復雜工件需要多次測針更換的軟件選項：“如果使用八種不同的測針系統(tǒng)，該軟件可以幫助操作者節(jié)省兩分鐘時間?！?/p>

使用這些軟件功能，需要ZEISS原裝的探針吸盤。這種吸盤的另一個優(yōu)點就是，該軟件可通過一個芯片識別所使用的測針系統(tǒng)。例如，如果使用了錯誤的測針系統(tǒng)配置，它也可以識別出該錯誤并通知操作者。“特別是當需要選擇10或20種測針系統(tǒng)時，這有很大的幫助。”Schwab說?！爱吘?，碰撞并不僅僅是消耗測量時間。”

技巧 7:探針調整裝置會使測針系統(tǒng)的構建更加容易

為了最大限度地減少測針與工件之間發(fā)生昂貴和費時的碰撞風險，Schwab建議使用一種額外的輔助工具：組裝探針使用的角度調整裝置。蔡司的FixAssist XXT 和 FixAssist VAST設置裝置能夠使測量工程師在組裝測針系統(tǒng)時事半功倍，更容易、更快速組裝探針系統(tǒng)。它們不只是防止碰撞。因為測針系統(tǒng)不必在機器上再進行調整，因此還降低了坐標測量機的停機時間。操作員也可以構造更復雜的測針系統(tǒng)，從而在每個測量程序中測量更多的特性。這是另一個提高效率的方法。

所有這些技巧都可以節(jié)省時間，而且使用所有七個將有助于大大提高利用率。也就是說對高品質測量設備的投資，使用合適的測針，會有更快速的回報。對于Schwab來說，原因很簡單：“如果使用廉價的木輪制造賽車去比賽，比賽的失利，你根本用不著感到驚訝?！?/p>

不同于由紅寶石或氮化硅制成的測球，ZEISS Diamond!Scan鉆石測針與很硬或柔軟的工件接觸時都不會有任何損耗。測量中無需定期清洗或更換測針，因此提高了測量確定性意味著更大的測量效率。

來看一看ZEISS ThermoFit測針內部相互交織的碳纖維結構：測針系統(tǒng)越輕，剛性越好，受彎曲或離心力的影響越小，操作人員就可以更快地進行測量。

托盤減少停機時間：當測量機仍在測量時，操作者可以籌劃將下一組需要測量的工件放到托盤上。具有固定的標準球球座的校準托盤和球體節(jié)省更多時間。夾具安裝在一個金屬框架上，也就是說測針可以方便地接近工件，也更容易生成測量程序。如果使用托盤中的集成溫度傳感器自動捕獲工件溫度，對于公司每八個小時輪班，可以節(jié)省半小時。使用FixAssist探針調整設備，測量工程師可以快速、精確的進行探針調整、組裝。更高的精度降低了碰撞的風險。同時設置更復雜的測針系統(tǒng)，意味著每個測量過程可能測量更多的特征。特別是蔡司‘FlyScan’等軟件選項可以減少一半的測量時間。這些選項可以使測針在掃描過程中快速地在表面上的空間移動?！?/p>