探測計量的極限

在一個理想的世界中，一（yī）種光學的，或另一種非接觸式的檢（jiǎn）驗，可能（néng）是（shì）測量複雜的、微（wēi）型機械加工零（líng）件的（de）最好方（fāng）法，但這經常是（shì）不（bú）實際的。光學係統有速度的優越性，能避免變形，但是，光學測量是有限（xiàn）製的（de），因為工件的可見（jiàn）邊緣經常不能反映（yìng）在它下（xià）麵有什麽。另外，光學係統經（jīng）常不能（néng）確定三維的缺陷，如平（píng）行度（dù）、垂直度、圓柱（zhù）度和平麵度。

但是，把一個測量係統中的多（duō）個傳感器技術的實力結合起來，就能（néng）在一次調整安裝之下，測量複雜（zá）零件的所有苛刻的特征。這樣的多個傳感器測量（liàng）係統，常常包括用於表麵和邊緣測量的非接觸式傳感器——視（shì）頻（pín）、白光和激光——以及接觸式觸發器和掃描探（tàn）頭（tóu），用於（yú）達到非接觸（chù）式裝置不能達到的零件特征部位，如深（shēn）的沉孔。

探測（cè）微小特征（zhēng）

傳統的測量（liàng）技術（shù），如坐標測量儀接觸式觸發探頭已經發展，以適應（yīng）不（bú）斷變化（huà）的需求。目前，有具不同等級觸（chù）發壓力的傳感器、不同長度（dù）的觸針和不同尺寸和（hé）材料的探頭尖。但是，當被測量的特征比較小時，探頭能夠做成多小，且仍（réng）能可靠地觸發，這是有一個實際限製的。例（lì）如，一個細的觸針，在探頭觸發之前可能彎曲，錯誤指示了表麵的位置。或者，一個長的探針，事實（shí）上當探頭尖還未觸及到（dào）被測量的壁時，可能（néng）“觸發”(碰到孔或槽（cáo）的邊緣)而記錄一個數據點。先進的製造（zào）技術和放電加工的應用（yòng），已經使人們有能力生產出難（nán）於測量的（de）微型特征，如微小的孔。在（zài）一些應用情況下，接觸（chù）式觸發探（tàn）頭尖的尺寸（cùn）或（huò）探針的長（zhǎng）度，可能完全不允許使（shǐ）用接觸式觸發裝（zhuāng）置。可能不適合接觸式觸發（fā）測量的應用情況包括：小縫、小孔、小槽或（huò）小孔的拔模斜度（dù）的（de）測量，因為傳統探針在記錄一個位（wèi）置時，一定會撓曲。

在加工中通常使用兩種探頭。第（dì）一種是（shì）附加到機床上的附件，就是一（yī）種在主（zhǔ）軸上安裝的探頭。第二種是徹底的、機床內在的探頭，即所謂集成的探頭。這些探頭可（kě）以（yǐ）折迭起來，因而不用（yòng）占用工裝的位置，所以不需要更換工（gōng）具。機床集成的探（tàn）頭可靠，總可以使用，且具有減少處理電線、應付無線電幹擾、保證電源等問題（tí）。

帶有集成探頭的機床成為可（kě）以感測和反應其周圍環（huán）境的（de）機床。具有這些功能的機床，對於越來越小的零件和（hé）需要用於很多種零件的情況，特別有用。

與（yǔ）控製器聯通

先進的探測技術（shù）可（kě）以與控製係（xì）統和軟件集成在一（yī）起來運行機床。例如（rú）Datron Dynamics公司（sī）作為一家高（gāo）速CNC銑削雕刻兩用機床的製造商，開發了一種第三（sān）代的集成探測係統，可以檢（jiǎn）查、保證零件的正確定（dìng）位。然後，機床可掃描並辨認該零件，選擇適當（dāng）的程序來加工。Datron公司總裁（cái）Walter Schnecker博士說：“即使操作者裝上一個有毛病的零件，機床仍然會生產出好的零件，因為那個零件的正（zhèng）確程序（xù）是由探頭掃（sǎo）描所（suǒ）決定的。經常轉換零件的較小的車間，由於能自動檢查工件（jiàn）的夾持精度，所以能減少轉（zhuǎn）換和循環時間。”

Datron機床上的Z形校正探頭，可以識別不規則工件的外形，無（wú）論（lùn）這不規則（zé）外形是意外造成的，還是設計成的，探頭都能幫助機床進行動態補償。這補償是通過（guò）沿（yán）毛坯表麵測量，並把這測量的數據輸入到機床的控製器中而實現的。控製器自（zì）動調節（jiē）不正確的表麵或（huò）工件位置。通過這（zhè）樣的（de）過程（chéng），減少（shǎo）了工件的安裝調整時間，也減少了零件報廢。

Z形探頭（tóu）永久（jiǔ）性地安裝在主軸（zhóu）近（jìn）旁，隻有當需要時，才靠氣動而伸出。基於它的集成設計，它不需要更換工（gōng）具，也沒有電線礙事，該裝置也（yě）不會由於在主軸上的（de）轉換而意外損壞。

當裝備了三維伸出裝置時，Z形校正探（tàn）頭在X、Y和（hé）Z坐標上，把零件和不規則的材料定位，找到孔（kǒng）和輪轂的中心，在（zài）加工前預先測量毛坯，補償材料偏（piān）差，為（wéi）質（zhì）量控（kòng）製，把數據輸入到ISO9000信（xìn）息鏈（liàn），並且能進（jìn）行許多零件的反求工程。

裝有雷（léi）尼紹(Renishaw)TP20探（tàn）頭的Datron機床，可用於測（cè）量複雜零件和零件特征，如在一個圓拱表麵上雕刻的標簽。通常，要適應表麵深度的（de）變化，保證均勻的雕刻深度，需要三維編程。使用TP20可以掃描表麵，在加工數據中自動控製零件表麵的（de）不規（guī）則外形和變化，而不（bú）用三（sān）維編（biān）程。TP20有6麵、動接觸觸（chù）發探頭係統，可以縮短循環時間。

光接觸

Carl Zeiss IMT公司的F25是一（yī）種接觸係統，結合一（yī）個有3個傳感器的光學係統，兩個用於測量，一個用於輔助操（cāo）作者。一個是基於（yú）壓電（diàn）薄膜的全掃描傳感器，可以取接觸點。它也能以全自動掃描模式使用。Carl Zeiss IMT公司精密產品的新（xīn）產品經理Gerrit DeGlee指出，探針的直徑能（néng）小到0.12毫米，接觸壓力隻是坐標測量機的百分（fèn）之一。DeGlee說：“它允許較（jiào）小的夾緊力，這是很重要的。微型（xíng）零件由於夾緊裝置，可能引起變形，所以夾緊零件必須特別小（xiǎo）心，提供的（de）測量方法不應使零件（jiàn）變形。”

F25安裝在接觸式傳感器鄰近的光學係統，能獨立使用，也能結合接觸式傳感器一起使用。該係統有一個環形光源，它可以按強度和方（fāng）向編程，以最大限度減少不必要的（de）陰影。

當試圖測量很（hěn）小的或（huò）顯微特征時，操（cāo）作（zuò）者很難看到他們自己在做什麽。例如（rú），F25上0.12毫米探頭尖，不放大是根本看（kàn）不到的。因此，機床有一個光學（xué）係（xì）統，把接觸式探頭的測量區放大，並把圖像顯示在監視器上，以便操作者在（zài）開發程序時使用。該光（guāng）學檢驗係統（tǒng）直接把測量結果顯示在測量軟件屏幕上。

F25不是工廠（chǎng）的一般廠房所能使用的設備，因為它的精度很高，又缺（quē）乏車間環境下（xià）的熱影響的控製。F25的測量精確度小於250納米(小於0.00025毫米或0.0000098英（yīng）寸)。當測量到這樣等（děng）級的精度時，工件的熱影響很重要。F25有（yǒu）原來為望遠鏡開發的（de）熱（rè）穩定玻璃陶瓷參考刻度（dù）。這種材料消除了刻度膨脹係數的不精確度影響，也不需要在刻度上裝設熱傳感器。

非接觸式探測

美國Optical Gauging Products（OGP）公司（sī），在Smart scope多個傳感器測量係統上，提供一種微（wēi）型接觸探（tàn）測技術（shù），不需要探針撓曲。該（gāi）技術即所謂羽毛探頭，使用一（yī）種在持續（xù）不斷微（wēi）動的微型（xíng）探頭（tóu）。該探頭在很細（xì）探針的末端有一個0.125毫米那麽小的尖。當這（zhè）麽小的尖接近被測量（liàng）的物體時，接近表麵可導致微動的變化，這樣（yàng）的變化，作（zuò）為測量值而被記錄下來。這種探頭不會撓曲，這種測量使用的力小於1毫克（kè）。OGP公司稱，該羽毛探頭容易測量小縫、小孔、小槽或小孔的（de）拔模斜度，並（bìng）且能測量柔性或易變形（xíng）的材料。這（zhè）種技術可用於X、Y和Z軸。

為了防止損壞，在不使用時，該探頭可以縮回到保護殼中，隻（zhī）是在需要時自動測量時才（cái）伸出。OGP公司的用於進行非接（jiē）觸表麵（miàn）測量、有橫（héng）向和（hé）高度兩個方向高分辨率的另（lìng）一種測（cè）量傳感（gǎn）器（qì）是（shì）Rainbow Probe白光傳感器，它能得到（dào）亞微Z軸（zhóu）分辨率。該技術利用在一個透鏡中展開的軸向分色，光的每個波聚焦（jiāo）在（zài）其光軸的一個不同點。色譜分析使Rainbow探頭對表麵反射性和（hé）粗糙度偏差不敏感。當（dāng）在一個多傳感器測量係統中使用時，這種探（tàn）頭能掃描一個表麵，非接觸式測量沿任何形狀（zhuàng）輪廓高頻表（biǎo）麵的細節接連地掃描，便產生一個區域的（de）表麵（miàn）形貌圖。

多個傳感器構（gòu）成整體

棱柱形的、自由形（xíng）輪廓的複雜零件，有要求很高的間隙的孔或定位（wèi）點，零（líng）件上（shàng）有很多重要的相關位置。這樣的（de）零件需要帶有多個傳感（gǎn）器的測量係統。多個傳感器的測量機能用特別的傳感器來測量作為零件總特征的一部分的特別特征。

在一個多傳感器測量係統中，這些傳感器軟件的集成（chéng）是很重要的考慮（lǜ）。最好的軟件集成（chéng）包（bāo）可以把（bǎ）所有在使（shǐ）用（yòng）的傳感器校準，因而它們可被用於測量程序中的（de）任一點（diǎn）；而不好的集成包，在使用之前（qián）需（xū）要把每個傳感器校準。另外，高效的集成，允許用任一個傳感器來處理和分析數據，並（bìng）且容易處理單一測量程序中的視頻邊緣（yuán）點、激光點雲和（hé）掃描接觸式探頭的數據。

OGP公司總裁Fred Mason指出：“帶有專用（yòng）的微測量係統的大容量(大分級行程)的多傳感（gǎn）器（qì）係統的主要優（yōu）點是能建立微觀特征測量與整個零件（jiàn）微觀特征尺寸和位置之間的關係。”一個帶有傳統視頻測量係統行程和微（wēi）型探頭分辨率的係統，可以在一個零件上（shàng）或（huò）相（xiàng）對於一個單個重要數據進行定位重要的微觀特征。

微傳感器（qì）可（kě）以用（yòng）於幾乎任何容量的多（duō）傳感器測量係統。對（duì）於視頻測量係統的一個（gè）重要考慮，就是（shì）要保證機床具有在測（cè）量範圍內，零件（jiàn）特殊（shū）位置高放大成像所（suǒ）需（xū）的（de）高分辨率的定位。當測量係統要（yào）進行高級（jí）精度的測（cè）量（liàng）時，微型探測是最（zuì）精（jīng）密的。把（bǎ）視頻與微型探測測量結合在一個單（dān）一的測量程序中，能生產出整（zhěng）個零件的特（tè）征而需要最少（shǎo）的操作者介入（rù）。