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如何測(cè)量模數(shù)0.12的微型齒輪,？
閱讀：1771 發(fā)布時(shí)間：2020-3-12
從-100℃到+200℃的溫度,，各種振動(dòng),、碰撞——來自瑞士薩克瑟恩的Maxon電機(jī)工作在zui為嚴(yán)苛的條件下：NASA的火星探測(cè)器勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)，都分別裝備了39個(gè) Maxon電機(jī),，它們已經(jīng)在那顆紅色星球上穩(wěn)定可靠地工作了十多年,。作為傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，微型系統(tǒng)中微型行星齒輪的質(zhì)量需要達(dá)到zui高標(biāo)準(zhǔn),，那么,，如何保證模數(shù)僅有0.12的微小齒輪質(zhì)量呢？
Maxon Motor公司的微型電機(jī)模塊包括電機(jī),、齒輪箱,、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(dòng)單元,。在這種6mm的GP6行星微型驅(qū)動(dòng)器中,，有一個(gè)模數(shù)為0.12的注塑齒輪，齒頂直徑是1.908mm,，齒根直徑是1.347mm,，材料為Drlin 100 （題圖）,，要精確測(cè)量這個(gè)齒輪，對(duì)Maxon Motor來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),。
顯然,，傳統(tǒng)的觸發(fā)式和掃描式探針無法解決這一難題，因?yàn)閭鹘y(tǒng)探針的探針球直徑太大,，無法深入到齒根,；而如果使用純光學(xué)的方式測(cè)量，光學(xué)傳感器無法測(cè)量到微型齒輪的齒面,。
起初,，Maxon Motor主要采用標(biāo)準(zhǔn)雙面嚙合齒輪滾動(dòng)檢測(cè)，這是針對(duì)直齒輪和行星齒輪的傳統(tǒng)檢測(cè)方法,，需要主齒輪和測(cè)試齒輪以較小的壓力接觸,，然后無間隙嚙合旋轉(zhuǎn)一周，zui后由軟件分析出圓心距的變化和運(yùn)動(dòng)的一致性,。然而對(duì)于模數(shù)0.12的塑料齒輪來說,，這種檢測(cè)方法存在問題，因?yàn)榧词故且欢↑c(diǎn)壓力,，都會(huì)使微小的塑料輪齒發(fā)生形變,，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。
zui終,，Maxon Motor的質(zhì)量團(tuán)隊(duì)在惟德公司找到了適合微型齒輪測(cè)量的可靠解決方案,。他們選用了惟德公司的高精度復(fù)合式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Werth VideoCheck® HA 。在良好環(huán)境條件下,，該機(jī)器使用圖像處理傳感器可以達(dá)到雙向zui大允許誤差僅為（0.5 + L/900）μm,。另外，Maxon還選擇了10 倍遠(yuǎn)心鏡頭,，觸發(fā)式探針TP200,，惟德光學(xué)變焦鏡頭Werth Zoom，以及惟德專li的光纖探針WFP和 WinWerth® 齒輪測(cè)量軟件包,。
惟德光纖探針Werth Fiber Probe
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(cè)量方法相比,，光纖探針的作用基礎(chǔ)是“接觸—光學(xué)”測(cè)量,。其探針桿不是用來向探針頭傳輸機(jī)械信號(hào)，而僅用于定位探針球,。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,，因此，WFP能夠以超高精度（接觸偏差≤ 0.3 μm）測(cè)量幾何微型特征,。與傳統(tǒng)的探針一樣,，軟件通過探針球半徑來計(jì)算相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn),。因?yàn)樘结槜U非常細(xì)，接觸力< 1 μN, 幾乎可以忽略不計(jì),，所以,，即使是zui敏感的塑料齒輪也不會(huì)接觸變形。
圖：2D光纖探針掃描齒輪（光纖探針球直徑133µm）
針對(duì)模具修正的輪廓比對(duì)功能
另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是,，不需要復(fù)雜的夾具,，所以零件所受外力幾乎為零。測(cè)量時(shí),，只需要將小齒輪用一片膠帶固定在測(cè)量臺(tái)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(cè)量軟件包用二維數(shù)據(jù)計(jì)算出光纖探針在掃描時(shí)要經(jīng)過的路徑,，使掃描更快,。由于齒輪的高度約為1mm，所以在掃描輪齒外形輪廓時(shí),，測(cè)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(gè)區(qū)域是任何別的方法無法到達(dá)的。zui后,，通過使用同種方法測(cè)量軸座直徑,，也可測(cè)量這些齒輪的徑向跳動(dòng)。
掃描精度高于1μm,，可以得出高點(diǎn)密度的輪廓,，實(shí)際輪廓在3D-CAD對(duì)照中可以形象化，以顏色編碼偏差的方式顯示出來,。這個(gè)分析對(duì)模具車間很有意義,，因?yàn)槟軌蛟诎l(fā)生偏差的時(shí)候，精準(zhǔn)地在偏差位置修正模具,。
圖：通過WFP 2D掃描的輪廓和CAD模型的顏色偏差比對(duì)
功能強(qiáng)大,、簡(jiǎn)單易用的軟件
的齒輪測(cè)量程序*集成在WinWerth®軟件包中。在輸入測(cè)量數(shù)據(jù)后,，測(cè)量順序,、測(cè)量路徑等會(huì)全自動(dòng)生成并執(zhí)行。軟件會(huì)計(jì)算典型的輪齒輪廓偏差,，例如漸開線和齒面偏差,、單個(gè)和累積傾斜、表面斷層掃描,、輪齒厚度偏差和徑向跳動(dòng)等,，每個(gè)樣品的測(cè)量時(shí)間大約是十分鐘。
zui終,，由于*檢測(cè)和過程評(píng)估的雙雙改進(jìn),，模具車間的修正周期得以縮短,，同時(shí)針對(duì)系列產(chǎn)品的檢測(cè)花費(fèi)也大幅削減。Maxon Motor研發(fā)主管Roland Rossacher 對(duì)此十分滿意：“我們有幾千個(gè)這種齒輪在投用,，而惟德測(cè)量對(duì)此功不可沒“ ,。
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