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德國黑科技如何解決小模數(shù)齒輪測量難題 如何確保微型系統(tǒng)中的微型行星齒輪的質(zhì)量？一臺多傳感器三坐標(biāo)測量機，一個光纖探針，以及一套軟件使之成為可能——運用掃描操作，可以依照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)快速準(zhǔn)確地測量齒廓曲面。 從-100℃到+200℃的極端溫度，振動，碰撞——來自瑞士薩克瑟恩的maxon電機在嚴(yán)苛的條件下可靠地完成了作業(yè)。這使得他們成為了非同尋常和具挑戰(zhàn)性行業(yè)和應(yīng)用的優(yōu)良選擇，例如太空探索：比如NASA的火星漫步者勇氣號和機遇號，都分別裝備了39個maxon電機。十多年來，他們一直在那顆紅色星球上艱苦的條件下穩(wěn)定地工作著。 驅(qū)動元件變得更小更精密 在地球上，maxonDC電機在高達(dá)90％的機械效率下運行。它們被應(yīng)用于天線，無線電桿，船舶和航空器上以提供暢通的通信。它們應(yīng)用在減震器上，提高了駕駛保障性；應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，增加生產(chǎn)自動化；應(yīng)用在外科手術(shù)中，幫助矯正視力問題，甚至為糖尿病病人提供確切的胰島素劑量。 微型化的趨勢體現(xiàn)在各行各業(yè)。這意味著電機元件必須越來越小。Maxon電機以微型驅(qū)動器為名發(fā)布了模塊系列，包括電機，變速箱，傳感器，和控制電子元件等，這些模塊可組合成直徑僅為6mm的微型驅(qū)動單元。 即便是這些微型化單元和它們的微型部件仍需要追求高質(zhì)量要求——這是maxon的傳統(tǒng)。1988年，Maxon公司獲得了ISO9001認(rèn)證。如今電機制造商們也執(zhí)行各種其他的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括為航空航天行業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)商制定的EN9100標(biāo)準(zhǔn)。Maxon的醫(yī)療商業(yè)集團通過了ISO13485醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，這證明所有的過程和步驟都是記錄在案且能夠保證可追溯性的。 挑戰(zhàn)：0.12模數(shù)齒輪 RolandRossacher，技術(shù)研發(fā)部主管，已經(jīng)負(fù)責(zé)自控馬達(dá)質(zhì)量保證超過20多年了。他說：“我們的認(rèn)證意味著我們有義務(wù)測試哪怕小的驅(qū)動部件。測量塑料材質(zhì)的0.12模數(shù)的注塑齒輪（用在6mm直徑的GP6行星齒輪箱）是一個困難的挑戰(zhàn)。” 幾年前，質(zhì)量管理部主管和他的團隊不得不尋找合適的測量設(shè)備和手段詳細(xì)地檢測微型齒形部件的設(shè)計要求。AdrianBurch，裝配測試部門的質(zhì)量保證主管，專注于這個目標(biāo)。熟練的高端技工總結(jié)了這些要求：“我們需要測量報告使我們的模具間能制定有效的修正并且能生產(chǎn)一系列高精密注塑模具且僅需少可能的修正循環(huán)。測量也必須適合微小齒輪的首檢和大量樣品的測試。” 微型齒輪的模塑、生產(chǎn)和測量是自控馬達(dá)的核心競爭力，位于瑞士Sachseln的工廠總部。在生產(chǎn)區(qū)域的微型EDM機床使用0.02到0.2mm直徑的電線來把模子注塑到需要的齒面上。在微型注塑模具生產(chǎn)線上，多達(dá)8個空腔模具生產(chǎn)塑料齒輪。 典型方法對微型塑料齒輪測量失敗 早前，Maxonmotor在輪齒測量時主要采用標(biāo)準(zhǔn)雙面嚙合齒輪滾動檢測。這是一種針對直齒輪和行星齒輪的傳統(tǒng)檢測方法，在VDI/VDE2608標(biāo)準(zhǔn)中有詳述。每種輪齒樣式都需要一個特殊的主齒輪。主齒輪和測試齒輪以較小壓力接觸，然后嚙合并旋轉(zhuǎn)，兩個齒輪無間隙嚙合并轉(zhuǎn)動一周。接著由軟件測量和分析出圓心距的變化和運動一致性。然而對于模數(shù)0.12的小塑料齒輪來說，雙面嚙合齒輪滾動檢測的方法是有問題的。因為甚至是一丁點的壓力都會使微小的輪齒形變，從而導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。 AdrianBurch認(rèn)為，顯然傳統(tǒng)的接觸觸發(fā)式探針和掃描探針等接觸式測量方法都無法解決上述問題。“這里我們還是需要在測量時產(chǎn)生接觸力，以生成探針的探測信號。同時這類探針球的直徑對于微小齒面的測量來說，還是太大，無法深入到齒根圓。”從根本上來說，只有光學(xué)方法適合這種測量任務(wù)，但是光學(xué)傳感器無法接近微型齒輪的齒面。 德國黑科技如何解決小模數(shù)齒輪測量難題 GP6行星變速箱中有圖中這樣的微小行星齒輪。測量它們是一項挑戰(zhàn)：模數(shù) 0.12的小齒輪，齒頂直徑1.908mm，齒根直徑1.347mm，13個輪齒，材 料為Delrin100。圖片來源：Maxonmotor) 解決方案：使用光纖探針進行接觸-光學(xué)測量 Burch先生的質(zhì)量團隊在惟德測量技術(shù)有限公司（WerthMesstechnik）找到了適合測量微型齒輪的可靠解決方案。惟德公司位于德國吉森，是三坐標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，擁有多種光學(xué)傳感器，復(fù)合式傳感器系統(tǒng)，X射線斷層掃描技術(shù)等多項先進技術(shù)，當(dāng)然也包括對微型特征進行測量的技術(shù)。 Maxonmotor的質(zhì)量團隊決定用高精度的WerthVideoCheck?HA復(fù)合式三坐標(biāo)測量機。選擇這一機器的原因是，在實驗室條件下，使用圖像處理傳感器可以達(dá)到雙向允許誤差僅為（0.5+L/900）μm。他們選擇了10倍遠(yuǎn)心鏡頭，觸發(fā)式探針TP200，惟德光學(xué)變焦鏡頭，惟德光纖探針（WFP）和WinWerth?齒輪測量軟件包。“促使我們做出這一決定的主要原因是惟德光纖探針”，RolandRossacher解釋道，“我們甚至能夠用它對微型齒輪齒面進行標(biāo)準(zhǔn)測量，包括在掃描模式下。” 德國黑科技如何解決小模數(shù)齒輪測量難題 WFP由一根玻璃光纖和其頂端直徑為20μm的探針球組成。與傳統(tǒng)的接觸式測量方法相比，光纖探針的作用基礎(chǔ)是接觸-光學(xué)測量。其探針桿不再是用來向探針頭傳輸機械信號，而僅是用來定位微小的探針球。探針球的位置由圖像處理器通過遠(yuǎn)心鏡頭以光學(xué)的方式捕捉到。這使得使用微小探針以相應(yīng)的高精度（接觸偏差≤0.3μm）測量幾何特征成為可能。與傳統(tǒng)的探針一樣，軟件通過探針球半徑來計算相應(yīng)的測量點。因為探針桿細(xì)，所以接觸力幾乎可以忽略不計，即便對小的探針球來說也是這樣。因此，即使是塑料齒輪也不會變形。 德國黑科技如何解決小模數(shù)齒輪測量難題 WFP光纖探針是高精密應(yīng)用中的微型探針。它使極度微小的幾何體以極小測力和高精密的測量成為了可能。 針對模具修正的輪廓比對 另外一個優(yōu)勢是，不需要復(fù)雜的夾具，因為工件所受外力幾乎為零。RalfNutto，測量工程師，已經(jīng)負(fù)責(zé)使用WerthVideoCheck?HA進行測量兩年了。他解釋說：“我們只需要將小齒輪用一片膠帶固定在測量臺的基座上，然后使用光學(xué)傳感器捕捉輪齒的外形輪廓。”WinWerth?測量軟件包用二維數(shù)據(jù)計算光纖探針在掃描時要經(jīng)過的路徑，因為光纖探針也可以掃描未知的輪廓，當(dāng)指定路徑不是嚴(yán)格需要時，沿著預(yù)設(shè)的路徑掃描會更快。由于齒輪的高度約為1mm，所以在掃描輪齒外形輪廓時，測量工程師將光纖探針的深度設(shè)置為接觸齒輪的區(qū)域-0.5mm。這個區(qū)域是別的方法無法到達(dá)的。最后，通過使用同種方法測量軸座直徑，也可測量這些齒輪的徑向跳動。 掃描以高于1μm的精度為輪廓提供很高的點密度，實際的輪廓在3D-CAD對照中可以形象化，成為一個基于CAD數(shù)據(jù)集的顏色編碼偏差圖。這個分析對模具車間很有意義，因為能夠在發(fā)生偏差的時候，精準(zhǔn)地在偏差位置修正模具。 步驟簡單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確?齒輪測量程序可集成在WinWerth?軟件包中。在輸入指定測量數(shù)據(jù)后，測量順序，包括測量路徑，會全自動生成并執(zhí)行。軟件會計算典型的輪齒輪廓偏差，例如，漸開線和齒面偏差，單個和累積傾斜，表面斷層掃描，輪齒厚度偏差和徑向跳動。 組裝檢測QA的主管，AdrianBurch，對測量時間也滿意。“每個樣品的測量時間大約是10min，但為每種類型的齒輪進行一次性編程花費的時間稍微長一點。程序編好后我們會離線分析數(shù)據(jù)。”對他和技術(shù)開發(fā)部門主管RolandRossacher來說，在maxonmotor推廣包括用光纖進行測量齒輪的專項技術(shù)毫無疑問是值得的。由于首件檢測和過程評估的雙雙改進，模具車間的修正周期得以縮短，同時針對系列產(chǎn)品的檢測花費也大幅削減。RolandRossacher對此很滿意：“我們有幾千個這種齒輪在投用，而測量對此功不可沒“。 德國黑科技如何解決小模數(shù)齒輪測量難題RolandRossacher（左）,maxonmotor技術(shù)開發(fā)部門主管，AdrianBurch,組裝檢測QA部門主管（右）用打印的顏色編碼偏差圖評估測量數(shù)據(jù)。
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GP6行星變速箱中有圖中這樣的微小行星齒輪。測量它們是一項挑戰(zhàn)：模數(shù)
0.12的小齒輪，齒頂直徑1.908 mm，齒根直徑1.347 mm，13個輪齒，材
料為Delrin 100。圖片來源：Maxon motor)
解決方案：使用光纖探針進行接觸-光學(xué)測量
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Roland Rossacher （左）, maxon motor 技術(shù)開發(fā)部門主管， Adrian Burch, 組裝檢測QA 部門主管（右）用打印的顏色編碼偏差圖評估測量數(shù)據(jù)。
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