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三坐标测量机

2021年 4月 5日
阅读时间 2 分钟
概要

几十年来,如果一家公司对测量精度要求很高,通常会使用三坐标测量机(CMM)。近年来,该领域出现了后起之秀,与CMM相比,优势明显,例如方便随身携带,使用简单,无需接触扫描对象,测量速度提升10-50倍等等。

CMM优势
准确、稳定、耐用
CMM缺点
成本高、速度慢、学习时间久
替代方案:开云体育手机版登入 仪
成本低、速度快、使用方便、无需接触

简介

精确线性测量方式是社会数千年来的发展基础。人体是最初的计量仪,当时,人们利用指宽、足部、肘尺(从肘部到中指的距离)来度量。一路走来,我们在这方面已经实现了质的飞跃。

后来,我们发明了直尺、卡尺、卷尺。这些工具今天依然常见,在计量界仍占有一席之地。但之后,1950年代末至1960年代初,市场上出现了第一批三坐标测量机(CMM)。于是,1980年代初期,出现了带测量臂的便携式CMM机器。

随着时间的流逝,这项技术日趋完善,现代CMM机器成为久经考验的质检产品,受到全球成千上万用户的青睐。

除了用于质控,受控式和编程式CMM机器也已开始应用于逆向工程、快速原型等各个领域。

三坐标测量机工作原理

CMM机器测量淬火钢制蜗杆齿轮

以凸起的浮雕地图为例。假设用手指感知一个物体,指尖滑过山脉的边缘,穿过一道深谷,然后再爬升到最高峰。手指移动的同时,指尖的经度(X)、纬度(Y)和高度(Z)坐标会边移动边改变

要点

触发式探头记录测量部件和物体表面的点。

CMM机器工作原理类似。为进一步说明,我们将主要介绍带接触式触发测头的CMM机器,接触式触发测头无疑是当今使用最广泛的CMM探头。这类高敏探头记录了被测零件或物体表面上的点。

CMM机器记录探头接触的三个轴(XYZ)数据,并结合其他几十到几百个不等的XYZ测量值,对物体或零件进行精确测量,通常用于质检。随后,将这些测量值与参数规格进行对比,检查零件是否符合可接受的范围。

三坐标测量机分类

p>CMM机器的四种基本类型包括:桥式、悬臂式、龙门式和水平臂式。其中,毫无疑问,桥式CMM机器最受欢迎,测量精度可达微米级。这类测量机物美价廉,主要是因为制造成本较低。

一批工程机械零件

悬臂式CMM机器专为小型物体和零件而设计,更适合车间使用,其三侧的开放式通道更方便操作员。龙门式CMM机器也能达到和桥式CMM机器相当的最佳精度,但更适合大型和重型零件。龙门式设备安装在地上,需要坚实的基底。

水平臂CMM机器精度最低,但检验较大物体和组件时却有多项优势,尤其面对产量巨大的情况,就像在汽车、航运和铁路行业中那样。只要关键公差规格不超过CMM的参数性能,水平臂即为最具成本效益的解决方案。

三坐标测量机探头类型

CMM机器探头有各种类型,包括触发式探头、位移测量探头、接近探头以及多传感器探头。

首先介绍触摸触发式探头。为将坐标值传回CMM机器处理器,必须让探头接触被测物体的表面。位移测量探头扫描零件或部件,探头再将表面测量数据传输到CMM机器。

接近探头的操作方式与位移测量探针类似,两者都不需要探头直接接触物体。接近探针的不同之处在于,它们使用的是激光或视频技术,而不是位移测量探头使用的光电传感器

CMM技术人员与机器人捕获汽车部件

三坐标测量机的优势

在任何一本计量学期刊上翻几页,就能了解到CMM机器能为各种几何进行亚毫米级精度的测量。此外,先进的CMM机器能运行多年。投资这项设备,预计可以使用十年或更久

要点

面对各类几何,CMM机器都能实现亚毫米级精准度,效果令人惊叹

无论生产前、生产中还是最终检查,CMM机器都是检查零件和组件的有效解决方案。CMM机器应用于成熟的质检工艺,凭借其稳定的性能,测量值精确到亚毫米级,可以节省时间和金钱,还能避免诉讼和其他问题。

劣势

成本、安装、编程

高品质CMM机器功能和性能不同,价格从50000美元到250000美元不等,也有可能更高。即使考虑十年买一次,这仍然是笔不小的开支。安装也是不得不考虑的另一项成本。CMM机器需要安装在减振板上,房间通风良好,并且有稳定的压缩空气。

CMM机检查发动机缸体

CMM机检查发动机缸体

一旦设备就位,除了首次校准外,还需要合格的操作员对机器进行编程,方便定期测量相关零部件。一次性检查异常组件会很耗时,通常需要提前进行特殊编程。

要点

航空航天、汽车、甚至考古领域的大型物体,都需要大量时间才能顺利测量。

CMM机器要求正确摆放零件,并在测量前固定在合适的位置,因此操作员需要考虑到测量每个对象时的额外时间。同时,大型物体,例如航空航天、汽车、考古领域的常见物体,都需要花费大量时间,才能完成测量,操作员就很容易发生疲劳。

测量缓慢,操作疲劳,破损风险

举个例子,海洋考古学家试图使用CMM机器(Faro Arm)精确测量维京时代一艘船上的8米长船木。每种木材都需要使用CMM机器测量两个多小时。面对228块木材,这个4人团队得花一年多的时间才能用CMM机器完成所有工作。

海洋考古学家用Artec Eva捕获了古老的木船木材

由于任务期限迫在眉睫,考古人员转而采用开云体育手机版登入 。和CMM机器不同,他们选择的手持式开云体育手机版登入 仪短短一个月就捕获并处理了228块木材,分辨率高,色彩鲜艳 。只需5-10分钟即可捕获每块木材。扫描细节丰富,足以进行树木年代学分析,可确定古木发源地。

除了测量非常耗时外,如果使用带常见探头的CMM机器检查零件,还必须要让探头接触测量的各个表面。这可能会带来一些麻烦,尤其是遇到零件有些部分被阻挡,或难以触及。最终导致无法测量,不得不利用软件重新制作。毫无疑问,准确度一定会有所影响。

CMM机器测量汽车部件尺寸

CMM机器对物理接触的要求,导致设备无法在许多场景中应用。接触橡胶或柔软的零件时,测量探头会让零件变形,造成测量不精确,而且CMM探头经常会损坏多种材料。划痕、刮擦和其他表面缺陷极易出现

因此,非接触式测量方法(如开云体育手机版登入 )成为逆向工程和考古学、质量控制和文物修复、法医鉴定等领域中广受欢迎的测量解决方案。世界各地的专家都明白,如果贵重物品或关键证据受到威胁,就必须避免发生不可挽回的损失。

开云体育手机版登入 ,异军突起

如上所述,即便面对最苛刻的质保、检验或逆向工程项目,专业手持式和桌面式开云体育手机版登入 仪也是一项高效的解决方案。在生产工作流的任何阶段,无论是工厂车间还是装卸场,只要几分钟,开云体育官方首页登录入口 就能采用亚毫米级3D模式完成测量,而不能移动的CMM机器可能需要一个多小时。

高速、简易、便携

一个真实的案例——大英博物馆。当时,一个两人团队接到任务,需要在短短几周内捕获400多个易碎的19世纪古代玛雅人纪念碑石膏模型。考虑到受损风险,物理接触测量法被直接排除,这个方法还耗时严重。精确度高达亚毫米,这点至关重要,研究人员和博物馆工作人员都迫不及待想见到逼真的虚拟模型和3D打印模型。

要点

专业开云体育手机版登入 仪操作简单,是一项快速高效的解决方案,甚至还能胜任质保、质检、逆向工程中要求极高的任务。

每个中大型石膏模型都在10分钟内完成扫描。所有表面(包括较深的、难以接近的雕刻和曲边)都被精心捕获,呈现高分辨率彩色3D效果。即便CMM机器对展品安全,扫描每块石膏模型的时间也将远远超过1个小时,这项紧急项目的完成时间也不得不推后数月。

Artec Eva在大英博物馆为玛雅石雕铸件进行开云体育手机版登入

优秀的开云体育手机版登入 仪方便操作,只要一两个小时的培训,即便是初学者也能熟练掌握3D技术。也就是说,无需增派人员,就能学会借助这项技术,进行高品质质检工作。

价格亲民,软件简单,不伤物体表面的数据捕获模式

和CMM机器不同,开云体育手机版登入 仪不涉及安装费用,培训费用通常包含在设备费中,最终价格比CMM机器便宜了很多。高品质开云体育官方首页登录入口 轻量便携,既能在办公室使用,也方便带去不同客户所在地,经久耐用。

若您选购的开云体育官方首页登录入口 供应商定期更新扫描软件,还能让精准度精益求精,多年过后,开云体育官方首页登录入口 的表现也会越发优异。

使用同一台Artec Eva开云体育官方首页登录入口 制作的金属零件3D模型。升级至带有HD功能的Artec Studio,可大幅提升扫描效果。

如需捕获的数据清晰明确,特别是于质检目的,那么所选的专业开云体育手机版登入 仪需要搭配方便使用的扫描处理软件,并带有直观视觉效果,如表面距离映射。此外,能兼容功能齐全的检验包(如Geomagic Control X),也是个不小的优势。

100%非接触式扫描也意味着扫描对象零损伤风险。比如公差严格的有机硅航空零件、有着千年历史的化石、犯罪现场的重要证据、价值连城的博物馆藏品等,都有这样的要求。保险公司、质检人员和博物馆工作人员也能松口气,过去,接触式测量导致物品损坏,他们还得想办法处理。

Artec Eva在肯尼亚捕获古老的鳄鱼化石

入市更快,应用更广,自动化

近年来,便携式开云体育手机版登入 解决方案已在各类制造领域找到立足之地。有了这项技术,管理人员有能力在生产初期就实现严格标准。如此便可把设计制造测试周期的次数降至最低,从而节省大量时间和金钱,同时降低客户拒绝率,避免可能的诉讼。

手持式和桌面式开云体育手机版登入 仪高度灵活,捕获速度快,也可以跨部门共享设备。一旦认识到这台开云体育官方首页登录入口 不仅能用于高精度质检,还能用于逆向工程、VR/AR培训、快速原型等,就能把这项技术的投资回报率最大化。

不断发展的人工智能和开云体育手机版登入 技术将自动开云体育手机版登入 解决方案推向了最前沿。现在几乎不需要人工介入,就能反复利用最佳扫描路径,捕获相似的复杂物体和零件,以最高精度实现快速、完整的表面捕获。就质检而言,无论是生产前还是生产后,专业的桌面式和机械臂开云体育手机版登入 解决方案都能精确察觉质量变化和缺陷,有助于缩短周期时间,让工作流更顺畅、更精简,物料成本更低,退货更少,质量标准更高。

结论

Artec Leo:亚毫米级无线式开云体育手机版登入 仪,速度快, 支持自动机载处理

不可否认,CMM机器是适合当今计量工作流的有效解决方案。但是,在购买前,也建议认真考虑其他测量技术。如上所述,对于许多企业和机构而言,现代手持式和桌面式开云体育手机版登入 解决方案比CMM更具优势。

要点

对许多企业和结构而言,相比于CMM机器,现代化手持式与桌面式开云体育手机版登入 解决方案更具优势。

亲自对比是最好的方式。首先,根据您的项目需求,找到与专业开云体育手机版登入 解决方案(手持式或桌面式)表现相当的CMM设备,安排演示。事先草拟需求清单。每次演示后,记下每种解决方案的价格,不要忘记考虑操作人员的人力成本,以及公司其他部门是否同样具备设备需求。

总而言之,任何人都能借助专业手持式与桌面式开云体育手机版登入 解决方案,享受便携的亚毫米级精度数字捕获效果,无论是否经过专业培训,而同时,开云体育官方首页登录入口 的购置和维护成本却远远低于CMM机器。

目录
作者:
matthew-mcmillion

Matthew McMillion

科技记者

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