光學(xué)測量保證技術(shù)表面質(zhì)量

隨著部件表面的功能越來越強(qiáng)和對加工質(zhì)量的日益提高，針對表面質(zhì)量的光學(xué)測量技術(shù)也顯得越來越重要。于2016年6月28～29日在斯圖加特附近的Nürtingen地區(qū)所舉辦的同名VDI專業(yè)會議就在研討這個(gè)主題，該會議研討的重點(diǎn)在于無接觸外形檢測、在機(jī)床上的測量、光學(xué)元件的檢測、材料和部件的無損探傷、光學(xué)系統(tǒng)的安全使用和標(biāo)準(zhǔn)制訂等多項(xiàng)內(nèi)容。

在車削加工過程中對光學(xué)傳感器的使用

測量技術(shù)的集成化趨勢

Kassel大學(xué)電子信息技術(shù)系主任Peter Lehmann教授的報(bào)告涉及精密干涉?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)在生產(chǎn)設(shè)備上的集成問題。“在工業(yè)測量技術(shù)上，測量儀器集成到工業(yè)化的加工流程里的發(fā)展趨勢方興未艾，這種集成到生產(chǎn)流程或機(jī)器設(shè)備里的測量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)不同制造階段對部件相關(guān)參數(shù)的無縫記錄，即使在將來工業(yè)4.0技術(shù)方案付諸實(shí)施的情況下，測量技術(shù)的集成也有助于提高工業(yè)化生產(chǎn)的效率。”Lehman說道。

所有工業(yè)應(yīng)用都與此相關(guān)，而微觀形貌和部件形狀對此非常重要。從光學(xué)元件(如鏡頭、鏡面和棱鏡等)的制作和微型技術(shù)應(yīng)用(即微型結(jié)構(gòu)部件的制造)，一直到機(jī)械制造或汽車生產(chǎn)過程中的對密封面或運(yùn)行面的檢驗(yàn)，均為如此。

“在工業(yè)企業(yè)的實(shí)施階段，在線測量技術(shù)有助于提升生產(chǎn)效益，因?yàn)榛跍y量結(jié)果可以對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，降低次品率并避免大量返工。”Lehmann列舉了測量技術(shù)的應(yīng)用潛力。尤其是在制造技術(shù)上，人們出于經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等方面的原因，極力追求一種公差范圍< 1?μm的零缺陷的制造水平。同時(shí)，企業(yè)對部件制造的誤差要求越來越苛刻。“目前，通過諸如CNC車床所能達(dá)到的制造精度和質(zhì)量因存在設(shè)備軸的熱膨脹和變形、刀具磨損、軸間隙和振動等因素而受到制約。因此，測量工作對于100%的流程監(jiān)管來說是不可或缺的。”德累斯頓技術(shù)大學(xué)基礎(chǔ)電氣技術(shù)學(xué)院學(xué)者Robert Kuschmierz說明了此問題。

在Nürtingen公司本部對帶有相位求值功能的激光雙遠(yuǎn)距離傳感器(P-LDDS)的功能原理進(jìn)行了介紹，并對其在機(jī)床設(shè)備上的應(yīng)用作了描述。“所介紹的光學(xué)傳感器除了在車床上對旋轉(zhuǎn)工件進(jìn)行絕對形狀測量之外，還可以在快速運(yùn)動物體(例如飛機(jī)轉(zhuǎn)子或真空泵驅(qū)動軸等)上實(shí)現(xiàn)對速度、位置、變形和振動進(jìn)行測量。”Kuschmierz在介紹相關(guān)應(yīng)用時(shí)如是說，并繼續(xù)表示，“我們的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)一種100%的過程監(jiān)管和對車削部件的零缺陷加工。對此，在車床上和在車削加工中對工件的形狀和切削量進(jìn)行測量，以達(dá)到一種直接的調(diào)節(jié)。”

圖1  集成在一臺振動監(jiān)測設(shè)備上的白熾光干涉儀

材質(zhì)和部件檢驗(yàn)

位于瑞士Buchs地區(qū)的NTB國際技術(shù)大學(xué)副校長Andreas Ettemeyer教授的報(bào)告論述了一種特定光學(xué)測量方法的特征，即對任意變形部件的3D和全面分析的可能性。“當(dāng)人們想了解一個(gè)部件在特定負(fù)荷下的表現(xiàn)及其原因，并想方設(shè)法欲對之進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，這種特性就顯得很重要，最終這種應(yīng)用在材質(zhì)和部件測量范圍內(nèi)的測量方法還是要有助于提高部件的可靠性和安全性。”Ettemeyer解釋說。此類方法可以應(yīng)用在諸如所有高科技企業(yè)行業(yè)中的運(yùn)動分析或膨脹與應(yīng)力分析等場合，應(yīng)用旨在降低部件重量和材料需求量，從而降低能源和原材料的耗用量，并提高部件的使用壽命。

圖2  “應(yīng)用在材質(zhì)和部件測量范圍內(nèi)的測量方法用以提高部件的可靠性和安全性。” 位于瑞士Buchs地區(qū)的NTB國際技術(shù)大學(xué)副校長Andreas Ettemeyer教授如是說

圖3  “將來，在工業(yè)領(lǐng)域里會出現(xiàn)越來越多需要對變形物體或彈性物體的表面進(jìn)行測量的測量任務(wù)；而在測量過程中，物體有可能會發(fā)生全部或局部改變。”位于Oldenburg地區(qū)的Jade大學(xué)應(yīng)用攝影測量學(xué)和地理信息學(xué)學(xué)院Thomas Luhmann教授如是說