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如何測量模數0.12的微型齒輪？
閱讀：1510 發布時間：2020-3-12
從-100℃到+200℃的溫度，各種振動、碰撞——來自瑞士薩克瑟恩的Maxon電機工作在zui為嚴苛的條件下：NASA的火星探測器勇氣號和機遇號，都分別裝備了39個 Maxon電機，它們已經在那顆紅色星球上穩定可靠地工作了十多年。作為傳動的關鍵部件，微型系統中微型行星齒輪的質量需要達到zui高標準，那么，如何保證模數僅有0.12的微小齒輪質量呢？
Maxon Motor公司的微型電機模塊包括電機、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的微型驅動單元。在這種6mm的GP6行星微型驅動器中，有一個模數為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），要精確測量這個齒輪，對Maxon Motor來說是一個很大的挑戰。
顯然，傳統的觸發式和掃描式探針無法解決這一難題，因為傳統探針的探針球直徑太大，無法深入到齒根；而如果使用純光學的方式測量，光學傳感器無法測量到微型齒輪的齒面。
起初，Maxon Motor主要采用標準雙面嚙合齒輪滾動檢測，這是針對直齒輪和行星齒輪的傳統檢測方法，需要主齒輪和測試齒輪以較小的壓力接觸，然后無間隙嚙合旋轉一周，zui后由軟件分析出圓心距的變化和運動的一致性。然而對于模數0.12的塑料齒輪來說，這種檢測方法存在問題，因為即使是一丁點壓力，都會使微小的塑料輪齒發生形變，從而導致錯誤的結果。
zui終，Maxon Motor的質量團隊在惟德公司找到了適合微型齒輪測量的可靠解決方案。他們選用了惟德公司的高精度復合式三坐標測量機Werth VideoCheck® HA 。在良好環境條件下，該機器使用圖像處理傳感器可以達到雙向zui大允許誤差僅為（0.5 + L/900）μm。另外，Maxon還選擇了10 倍遠心鏡頭，觸發式探針TP200，惟德光學變焦鏡頭Werth Zoom，以及惟德專li的光纖探針WFP和 WinWerth® 齒輪測量軟件包。
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。與傳統的接觸式測量方法相比，光纖探針的作用基礎是“接觸—光學”測量。其探針桿不是用來向探針頭傳輸機械信號，而僅用于定位探針球。探針球的位置由圖像處理器通過遠心鏡頭以光學的方式捕捉到，因此，WFP能夠以超高精度（接觸偏差≤ 0.3 μm）測量幾何微型特征。與傳統的探針一樣，軟件通過探針球半徑來計算相應的測量點。因為探針桿非常細，接觸力< 1 μN, 幾乎可以忽略不計，所以，即使是zui敏感的塑料齒輪也不會接觸變形。
圖：2D光纖探針掃描齒輪（光纖探針球直徑133µm）
針對模具修正的輪廓比對功能
另外一個優勢是，不需要復雜的夾具，所以零件所受外力幾乎為零。測量時，只需要將小齒輪用一片膠帶固定在測量臺的基座上，然后使用光學傳感器捕捉輪齒的外形輪廓。WinWerth®測量軟件包用二維數據計算出光纖探針在掃描時要經過的路徑，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，測量工程師將光纖探針的深度設置為接觸齒輪的*區域-0.5mm。這個區域是任何別的方法無法到達的。zui后，通過使用同種方法測量軸座直徑，也可測量這些齒輪的徑向跳動。
掃描精度高于1μm，可以得出高點密度的輪廓，實際輪廓在3D-CAD對照中可以形象化，以顏色編碼偏差的方式顯示出來。這個分析對模具車間很有意義，因為能夠在發生偏差的時候，精準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
功能強大、簡單易用的軟件
的齒輪測量程序*集成在WinWerth®軟件包中。在輸入測量數據后，測量順序、測量路徑等會全自動生成并執行。軟件會計算典型的輪齒輪廓偏差，例如漸開線和齒面偏差、單個和累積傾斜、表面斷層掃描、輪齒厚度偏差和徑向跳動等，每個樣品的測量時間大約是十分鐘。
zui終，由于*檢測和過程評估的雙雙改進，模具車間的修正周期得以縮短，同時針對系列產品的檢測花費也大幅削減。Maxon Motor研發主管Roland Rossacher 對此十分滿意：“我們有幾千個這種齒輪在投用，而惟德測量對此功不可沒“ 。
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