根據(jù)市場研究公司 Technavio 的數(shù)據(jù)，齒輪制造市場預(yù)計在 2020 年至 2025 年間將增長 736.6 億美元，復(fù)合年增長率為 5.73%。采用工業(yè)自動化解決方案以加快上市時間和提高質(zhì)量，將部分推動這種增長。雖然標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器仍然在制造車間占有一席之地，但越來越多的齒輪制造商投資于多傳感器 CMM 以提高自動化程度并簡化其檢測過程也就不足為奇了。
CMM 測頭的新技術(shù)允許接觸式測頭以高精度和可重復(fù)性測量齒輪
鑒于復(fù)雜的量規(guī)、測試儀和 CNC 設(shè)備都用于制造高質(zhì)量的齒輪，目前市場上的大多數(shù)齒輪檢查機(jī)都達(dá)不到要求，因為它們的設(shè)計目的不是使用一種或兩種不同類型之外的多個傳感器。另一方面，多傳感器 CMM 機(jī)器已成為齒輪檢測的游戲規(guī)則改變者，因為它們在一臺機(jī)器上結(jié)合了多達(dá)五種不同類型的傳感器：觸發(fā)式測量、掃描、視覺傳感器、激光探頭和表面粗糙度探頭。除了減少齒輪檢測所需的機(jī)器數(shù)量外，多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)還為齒輪測量、生產(chǎn)和設(shè)置(包括外購齒輪的測量)提供單一解決方案。因此，與傳統(tǒng)的專用齒輪檢測設(shè)備相比，它們更經(jīng)濟(jì)、更具成本效益。
多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)的優(yōu)勢
多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)在單個機(jī)器平臺上提供各種齒輪檢測和測量工具。這為齒輪制造商提供了許多潛在的好處：
1.降低成本并提高投資回報率
今天，可編程、自動化和復(fù)雜的齒輪檢查設(shè)備的成本可以從 300,000 美元到 350,000 美元或更多。這還不包括設(shè)置專用齒輪測量設(shè)備所需的主齒輪和工件的成本。所有所需組件的成本至少是配備轉(zhuǎn)臺、高速掃描探頭和齒輪測量軟件的多傳感器三坐標(biāo)測量機(jī)成本的 2.5 倍。
2.提高生產(chǎn)力
一般來說，在多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)中使用自動測量工具，無論是齒輪檢查還是常規(guī) SATIC 幾何形狀，都可以節(jié)省 30% 到 98% 的時間。復(fù)雜性越大，節(jié)省的時間就越多。例如，一個具有 3,000 個特征的零件可能需要 5 個小時才能讓一個典型的齒輪測量工具運行一個零件。多傳感器 CMM 上的自動化工具可以節(jié)省高達(dá) 98% 的時間，因為它們可以比手動方法更快、更準(zhǔn)確地測量所有這些特征。此外，使用多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)可以提高生產(chǎn)力，因為可以在一臺機(jī)器上完成多項檢查功能，例如檢查齒輪參數(shù)、測量微觀齒輪齒、高精度 3D 掃描等。另外，在同一坐標(biāo)測量機(jī)上使用表面光潔度探頭。
在 CMM 上使用 Surftest 探頭可實現(xiàn)高精度測量
3.對質(zhì)量產(chǎn)生積極影響
多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)上的自動化光學(xué)工具從不接觸齒輪，因此它們可以進(jìn)行高精度測量而不會損壞精密齒輪的表面。這種齒輪表面的高精度測量有助于確保齒輪不會因齒輪運動而產(chǎn)生噪音。消除操作員錯誤也帶來了更高的整體質(zhì)量。由于工程 CAD 模型會自動生成程序來檢查或測量零件，因此它絕不會模棱兩可，也不會受到操作員的多重解釋。
選擇合適的 CMM
當(dāng)然，重要的是要記住，用于測量齒輪的多傳感器 CMM 類型將主要取決于齒輪的尺寸和重量。對于直徑超過一米的大型齒輪，或者對于那些過重的齒輪，帶有轉(zhuǎn)臺解決方案的高精度水平臂坐標(biāo)測量機(jī)是最佳選擇。這種三坐標(biāo)測量機(jī)通常用于檢測大型齒輪，例如船舶和重型設(shè)備動力系統(tǒng)中使用的齒輪，以及渦輪齒輪以及核電站和火力發(fā)電廠中使用的齒輪。由于這種三坐標(biāo)測量機(jī)的開放式結(jié)構(gòu)，這種大型齒輪的檢查更容易。
相反，橋式三坐標(biāo)測量機(jī)通常更適合測量中小型齒輪，這些機(jī)器有兩種可用的樣式。第一種是帶移動橋的固定臺，另一種是帶固定橋的移動臺。后者提供更高的精度，因為伺服驅(qū)動器位于重心處，X 軸驅(qū)動沿一側(cè)移動橋，因此精度會隨著 z 軸在 X 軸上的移動而改變。
三坐標(biāo)測量機(jī)的其他檢查用途
除了替換專用檢測設(shè)備外，CMM 還可以替換齒輪檢測中使用的許多較小的手持式和功能性量規(guī)。應(yīng)該注意的是，使用手動檢查方法的操作員之間可能存在缺乏可重復(fù)性的問題，以及一般測量速度較慢的問題。
還需要記住的是，手動測量結(jié)果會被記錄下來，這會使它們受到人為錯誤和記錄不正確的值的影響。自動化 CMM 還可以在檢查員繼續(xù)執(zhí)行其他職責(zé)的同時測量零件，從而獲得更準(zhǔn)確、一致和可重復(fù)的結(jié)果和報告。
只要考慮到快速和劇烈的溫度變化以及振動，坐標(biāo)測量機(jī)甚至可以放置在生產(chǎn)機(jī)器旁邊的車間。如果溫度穩(wěn)定，即使考慮到齒輪所需的公差，通常也不會出現(xiàn)明顯的明顯誤差。如今，許多現(xiàn)代 CMM 都配備了溫度傳感器，以幫助確保對確實發(fā)生的任何溫度波動進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a償。
專用 CMM 軟件支持在 CMM 上使用觸發(fā)式測頭或掃描測頭測量多種類型的蝸輪。
軟件對于所有形式的齒輪測量都很重要
除了 CMM 的精度和準(zhǔn)確度之外，無論是在 CMM 上還是在專用齒輪檢查設(shè)備上，精確齒輪測量的關(guān)鍵之一就是軟件。例如，根據(jù)測量期間提取的數(shù)據(jù)點計算漸開線曲線是否正確，需要使用高級數(shù)學(xué)公式和復(fù)雜的算法。這就是為什么尋找具有可以管理這些計算的軟件，甚至可以將基于圖標(biāo)的直觀編程與導(dǎo)入本地 CAD 模型的能力相結(jié)合的 CMM 至關(guān)重要的原因。
此外，用戶能夠選擇各種軟件模塊來分析測量結(jié)果以記錄和呈現(xiàn)結(jié)果并將數(shù)據(jù)存檔在實際結(jié)構(gòu)中也很重要。這意味著軟件可以與在線過程控制應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成，并實現(xiàn)真正的企業(yè)范圍的功能。
投資多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)時面臨的最大挑戰(zhàn)之一是集成軟件，該軟件支持多種不同的傳感器以滿足初始要求，但可以輕松更新以適應(yīng)新的傳感器技術(shù)，以滿足不斷變化的齒輪要求。例如，在汽車行業(yè)，電動汽車采用等速變速器制造，與傳統(tǒng)車輛相比，它需要特定的齒輪設(shè)計和不同的檢查要求。多傳感器 CMM 軟件的靈活性使其能夠更快地響應(yīng)這些不斷變化的行業(yè)需求。
多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)的未來
隨著 CMM 機(jī)器和軟件變得越來越復(fù)雜，使用人工智能 (AI) 的自動激光掃描和光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有望提供更高的精度。此外，多傳感器坐標(biāo)測量機(jī)還將其功能和應(yīng)用擴(kuò)展到齒輪檢測之外，為制造商提供更大的靈活性。齒輪設(shè)計本身也可能不斷發(fā)展，適應(yīng)額外的形狀和特性將需要只有單一平臺、多傳感器 CMM 才能為齒輪檢測和測量提供的自動化水平和靈活性。