卡爾蔡司（上海）管理有限公司

快速測量的七個(gè)技巧

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一臺(tái)高性能的測量機(jī)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(biāo)測量機(jī)達(dá)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(gè)測量技巧，以幫助三坐標(biāo)測量機(jī)的用戶提高機(jī)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(gè)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(fù)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(gè)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(qiáng)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(jié)合，應(yīng)用于測針及測針加長桿較高的掃描速度會(huì)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(shí)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(huì)產(chǎn)生7.3微米的誤差。但如果測量機(jī)以每秒12毫米的速度進(jìn)行掃描，誤差則會(huì)達(dá)到13.0微米。而在相同條件下，采用ThermoFit碳纖維結(jié)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(jī)時(shí)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(guān)重要。如果測球是由紅寶石或氮化硅材料制成的，當(dāng)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(shí)，隨著時(shí)間的推移，其圓度會(huì)越來越差。掃描硬的工件會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)地磨損測球的表面。紅寶石或氮化硅球會(huì)磨掉軟質(zhì)工件上的少量材料。然后這些材料會(huì)積聚在測球的表面上。隨著時(shí)間的推移，這兩種效果都會(huì)影響測量結(jié)果。正因?yàn)槿绱?，操作者必須定期清潔由紅寶石或氮化硅制成的測針，當(dāng)測量極端材料時(shí)，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(jī)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(jìn)行連續(xù)掃描的原因；單點(diǎn)測量意味著測針損耗的減少。然而，對比掃描過程，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的測量數(shù)據(jù)，單點(diǎn)測量不僅會(huì)顯著放慢測量速度，而且還有其他的缺點(diǎn)。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(jià)捕獲較少的測量點(diǎn)并接受較大的測量不確定度，要么就是測量很多單點(diǎn)，降低了測量不確定度，但卻增加了測量時(shí)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(diǎn)是什么？根本無需對測針針尖進(jìn)行檢查和清洗！原因是不會(huì)有材料殘留在球的表面，也不會(huì)有磨損的產(chǎn)生。Schwab解釋說：“因?yàn)闇y針會(huì)保持原有的形狀很多年，因此不需要進(jìn)行更換。還有不需要進(jìn)行單點(diǎn)測量，因?yàn)閷ぜ倪B續(xù)掃描不再會(huì)對精度產(chǎn)生不利的影響。最終結(jié)果:提高了工作量”。

技巧 3:托盤減少更換時(shí)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(jī)，質(zhì)量保證也可能成為一個(gè)瓶頸。一個(gè)可能的原因是，在加載工件時(shí)，坐標(biāo)測量機(jī)總是要停幾分鐘的時(shí)間。不管是一系列的手機(jī)外殼或傳感器，都可能需要幾分鐘的時(shí)間進(jìn)行加載，特別是需要在同一時(shí)間安裝多個(gè)工件時(shí)。當(dāng)測量不同的工件，需要操作者頻繁更換夾具時(shí)，也會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

“托盤是一種簡單但會(huì)經(jīng)常被低估的解決方案，”Schwab說，“當(dāng)測量機(jī)正在測量時(shí)，操作者可以將下一組工件放到測量機(jī)外部的托盤上。這樣完成以后，就很容易將托盤裝載到機(jī)器上。”我們可以在幾秒鐘之內(nèi)正確地定位托盤，不需要進(jìn)行校準(zhǔn)。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(zhǔn)產(chǎn)生的大約15分鐘的時(shí)間。如果假設(shè)測量、裝載和/或校準(zhǔn)使用相同的時(shí)間，那么每臺(tái)使用托盤的測量機(jī)可以測量的工件有兩倍之多。根據(jù)Schwab的經(jīng)驗(yàn)，校準(zhǔn)托盤可以節(jié)省更多的時(shí)間甚至是在第一次測量之前也可以節(jié)省大量時(shí)間。在這些托盤上，有一個(gè)帶球的固定的標(biāo)準(zhǔn)球球座，如果需要，可以配備環(huán)規(guī)和玻璃校準(zhǔn)器。要進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，操作者只需將托盤放置到機(jī)器上，然后啟動(dòng)測量程序即可。因?yàn)樗械男?zhǔn)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(shè)計(jì)的夾具提高了檢測效率

除了使用托盤，Schwab也建議要認(rèn)真考慮工件的裝卡方法。“使用標(biāo)準(zhǔn)夾具進(jìn)行測量時(shí)可以提高檢測效率，同時(shí)可以大量節(jié)省籌備階段的夾具設(shè)計(jì)和生成測量程序的時(shí)間?！?/p>

Schwab指出，由于框架設(shè)計(jì)中，工件被固定在金屬框架上，因此在這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)基板上。而使用傳統(tǒng)的設(shè)備，用于安裝工件的每個(gè)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(jié)構(gòu)中通過進(jìn)行對比，可以從各個(gè)側(cè)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(shí)間的投入。

該框架結(jié)構(gòu)還有一個(gè)好處：因?yàn)閵A緊原理所具有的優(yōu)勢，基板和四個(gè)立柱不會(huì)改變，所以可以為不同的工件類型設(shè)計(jì)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(jī)會(huì)。這樣操作者就會(huì)更快地使用這些工具。

技巧 5:集成式溫度捕獲節(jié)省時(shí)間

對于Schwab來說，集成在托盤中的溫度傳感器會(huì)帶來更大效益。在測量開始時(shí)，它自動(dòng)捕獲工件溫度，并將此信息傳遞給測量機(jī)。這位專家解釋說：“操作員不再需要手動(dòng)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(gè)重要因素。讓我們以一個(gè)八小時(shí)輪班制為例。假設(shè)一個(gè)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(gè)多小時(shí)的時(shí)間。

技巧 6:軟件加速測量

硬件并不是唯一影響測量時(shí)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(diǎn)上，典型的程序?qū)⑹谴怪毕蛏弦苿?dòng)并穿過此空間，然后在該空間的另一側(cè)的下一個(gè)特征處垂直向下移動(dòng)。使用ZEISS VAST Performance性能軟件包的“FlyScan”功能，不必要進(jìn)行“向上、進(jìn)一步前移、向下”這種迂回，相反，測針直接在空間上移動(dòng)，并繼續(xù)另一側(cè)的掃描，不會(huì)出現(xiàn)任何中斷。但軟件還是會(huì)評(píng)價(jià)、計(jì)算正確的測量點(diǎn)據(jù)Schwab估計(jì)，這個(gè)過程可以減少應(yīng)用程序高達(dá)70%的測量時(shí)間，如齒輪的齒頂圓測量。

QuickChange是另外一個(gè)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(fù)雜工件需要多次測針更換的軟件選項(xiàng)：“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(shí)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(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，該軟件可通過一個(gè)芯片識(shí)別所使用的測針系統(tǒng)。例如，如果使用了錯(cuò)誤的測針系統(tǒng)配置，它也可以識(shí)別出該錯(cuò)誤并通知操作者?！疤貏e是當(dāng)需要選擇10或20種測針系統(tǒng)時(shí)，這有很大的幫助?！盨chwab說?！爱吘梗鲎膊⒉粌H僅是消耗測量時(shí)間?！?/p>

技巧 7:探針調(diào)整裝置會(huì)使測針系統(tǒng)的構(gòu)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(fèi)時(shí)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，Schwab建議使用一種額外的輔助工具：組裝探針使用的角度調(diào)整裝置。蔡司的FixAssist XXT 和 FixAssist VAST設(shè)置裝置能夠使測量工程師在組裝測針系統(tǒng)時(shí)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?yàn)闇y針系統(tǒng)不必在機(jī)器上再進(jìn)行調(diào)整，因此還降低了坐標(biāo)測量機(jī)的停機(jī)時(shí)間。操作員也可以構(gòu)造更復(fù)雜的測針系統(tǒng)，從而在每個(gè)測量程序中測量更多的特性。這是另一個(gè)提高效率的方法。

所有這些技巧都可以節(jié)省時(shí)間，而且使用所有七個(gè)將有助于大大提高利用率。也就是說對高品質(zhì)測量設(shè)備的投資，使用合適的測針，會(huì)有更快速的回報(bào)。對于Schwab來說，原因很簡單：“如果使用廉價(jià)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(shí)都不會(huì)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(nèi)部相互交織的碳纖維結(jié)構(gòu)：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(jìn)行測量。

托盤減少停機(jī)時(shí)間：當(dāng)測量機(jī)仍在測量時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)球球座的校準(zhǔn)托盤和球體節(jié)省更多時(shí)間。夾具安裝在一個(gè)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(dòng)捕獲工件溫度，對于公司每八個(gè)小時(shí)輪班，可以節(jié)省半小時(shí)。使用FixAssist探針調(diào)整設(shè)備，測量工程師可以快速、精確的進(jìn)行探針調(diào)整、組裝。更高的精度降低了碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)設(shè)置更復(fù)雜的測針系統(tǒng)，意味著每個(gè)測量過程可能測量更多的特征。特別是蔡司‘FlyScan’等軟件選項(xiàng)可以減少一半的測量時(shí)間。這些選項(xiàng)可以使測針在掃描過程中快速地在表面上的空間移動(dòng)?！?/p>