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蔡司三坐標不可替代的接觸式測量技術|友碩技術文獻發(fā)布日期：2015-07-08 10:38:18
配備接觸式測量技術的坐標測量機（CMM）已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中的工件量測。隨著工件檢測尤其形狀輪廓量測要求日益普遍，接觸式掃描技術不斷展示其優(yōu)越性，雖然光學測量的重要性不斷提高，然時至今日尚未能替代接觸式測量技術。
傳統(tǒng)配備接觸式觸發(fā)或接觸式掃描測頭的測量機已無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)節(jié)拍的需要，如何避免其成為制約生產(chǎn)的瓶頸？尋求一種提高測量機測量產(chǎn)能而不損失精度的方法至關重要。德國蔡司領航者掃描技術（Navigator Scanning Technology）使之成為可能，其有效補償動態(tài)影響所引入的誤差分量，使得掃描速度有了大幅提升，但不僅如此。
動態(tài)作用力影響掃描測量結果
業(yè)內(nèi)將探針沿工件表面運動過程中持續(xù)獲取測量點數(shù)據(jù)的過程稱之為掃描，亦日漸成為坐標測量機的一種標準能力。通過掃描可大幅提升測量點數(shù)據(jù)的獲取，尤其對于有形狀誤差檢測要求的工件，掃描測量技術顯著提升了坐標測量的可靠及精確性。
然而，坐標測量機的測量時間相較于現(xiàn)代加工中心的生產(chǎn)周期仍有一定的差距，其原因在于，盡管坐標測量機采用現(xiàn)代驅(qū)動設計可達到較高的運行速度，但常見較緩慢的掃描速度或于接觸工件前近乎停止然后慢速觸測工件表面，此類速度驟降有利于避免高速及急加速所導致的動態(tài)作用力提升，避免機體及探針幾何形狀非預期形變所引入的測量誤差。（參見圖1）
圖1：動態(tài)形變導致不同位置環(huán)規(guī)的非補償量測差異（簡化、定性分析示意圖）
相對校正補償動態(tài)影響
對于動態(tài)形變補償現(xiàn)已有不同的方法可選用，常見基于比對儀原理的方法，亦即是業(yè)內(nèi)所述的“量規(guī)校正”，被測工件需與相似的標準件于同一或相近位置使用同一探針進行量測，高精度標準件的校準值與實測值之差異用以修正被測工件測量值，其對于測量精確性有著顯著提升，亦廣泛應用于量規(guī)校正領域。
量規(guī)校正原理同樣可促進掃描速度提升，以掃描內(nèi)孔為例，以慢速掃描，繼而以高速再次掃描，所獲取的結果可用于修正高速掃描的測量值，由于未曾采用標準件，此過程稱為“相對校正”。由于相對校正假定慢速條件下的測量值為正確值或“校準值”，因此應重復多次該過程以確認修正準確與否，但安全起見，該方法僅于被測元素已具有校準值的條件下方可確保真正的精確性。
更好的方法？
采用領航者“Navigator”技術，元素自主補償
Navigator（領航者）技術顯而采用了不同的思維，當動態(tài)作用力、機體及探針等形變相互關系已知，則可將元素自主形變補償量植入控制系統(tǒng)中。
德國蔡司使用一種D-CAA（動態(tài)彎曲CAA）技術，此誤差分量由CAA(計算機輔助精度)提取，詮釋了機體幾何形狀的相關位置及動態(tài)形變行為，并可據(jù)不同的機型及尺寸將補償量嵌入設備的控制系統(tǒng)。
動態(tài)作用力可導致探針及機體形變，由于探針形變主要受使用者及其檢測任務等因素影響，作為Navigator（領航者）技術的一部分，探針的動態(tài)形變行為必須于動態(tài)探針校準階段即定義，正如D-CAA技術用于修正機體的形變，此動態(tài)探針校準階段之數(shù)據(jù)獲取主要用于與速度相關的探針形變補償。
更重要的是，獨到的德國蔡司主動式掃描測頭的測力直接受內(nèi)部電磁發(fā)生器所控制，該影響測力之功能使得由于離心力影響所導致的變化得以主動地修正，實際測量力實現(xiàn)*大化穩(wěn)定對應于預設值，確保探針彎曲量變化極小及高精確補償，同時即便于高速掃描條件下探針亦不會偏離表面軌跡。
滿足完整的動態(tài)補償所需的Navigator（領航者）關鍵要素如下：
D-CAA 補償機體幾何動態(tài)形變
探針形變動態(tài)補償補償探針動態(tài)形變
離心力補償縮小測量力的動態(tài)變化，使得測量速度可大幅提升而無顯著測量值偏差 （參見圖2）
圖2：使用（紅）及非使用Navigator（藍）條件下的掃描速度與直徑偏差關系（測量直徑112mm直徑）
研究表明，相對校正與Navigator（領航者）技術在相同的掃描速度條件下可達到近乎一致的精度（參見表1），但Navigator(領航者)技術可適用于全量程近乎所有的測量任務，而無需要求每一被測要素均需校準。
再者，Navigator（領航者）技術通過軟件功能進一步優(yōu)化了移動速度及極大簡化掃描參數(shù)選擇以提高編程及程序修改的效率。
表1：相對校正與Navigator(領航者)技術比對
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