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如何測量模數0.12的微型齒輪?

從(cong) -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(wei) 嚴(yan) 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(ge) Maxon電機,它們(men) 已經在那顆紅色星球上穩定可靠地工作了十多年。作為(wei) 傳(chuan) 動的關(guan) 鍵部件,微型係統中微型行星齒輪的質量需要達到zui高標準,那麽(me) ,如何保證模數僅(jin) 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(chuan) 感器和控製電子元件等,這些模塊可組合成直徑僅(jin) 為(wei) 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(ge) 模數為(wei) 0.12的注塑齒輪,齒頂直徑是1.908mm,齒根直徑是1.347mm,材料為(wei) Drlin 100 (題圖),要精確測量這個(ge) 齒輪,對Maxon Motor來說是一個(ge) 很大的挑戰。

 

顯然,傳(chuan) 統的觸發式和掃描式探針無法解決(jue) 這一難題,因為(wei) 傳(chuan) 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(chuan) 感器無法測量到微型齒輪的齒麵。

 

起初,Maxon Motor主要采用標準雙麵齧合齒輪滾動檢測,這是針對直齒輪和行星齒輪的傳(chuan) 統檢測方法,需要主齒輪和測試齒輪以較小的壓力接觸,然後無間隙齧合旋轉一周,zui後由軟件分析出圓心距的變化和運動的一致性。然而對於(yu) 模數0.12的塑料齒輪來說,這種檢測方法存在問題,因為(wei) 即使是一丁點壓力,都會(hui) 使微小的塑料輪齒發生形變,從(cong) 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(jue) 方案。他們(men) 選用了惟德公司的高精度複合式三坐標測量機Werth VideoCheck® HA 。在良好環境條件下,該機器使用圖像處理傳(chuan) 感器可以達到雙向zui大允許誤差僅(jin) 為(wei) (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(zhuan) 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(wei) 20μm 的探針球組成。與(yu) 傳(chuan) 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。其探針杆不是用來向探針頭傳(chuan) 輸機械信號,而僅(jin) 用於(yu) 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(yu) 傳(chuan) 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(wei) 探針杆非常細,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(hui) 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(ge) 優(you) 勢是,不需要複雜的夾具,所以零件所受外力幾乎為(wei) 零。測量時,隻需要將小齒輪用一片膠帶固定在測量台的基座上,然後使用光學傳(chuan) 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。由於(yu) 齒輪的高度約為(wei) 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(wei) 接觸齒輪的*區域-0.5mm。這個(ge) 區域是任何別的方法無法到達的。zui後,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。

 

掃描精度高於(yu) 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(ge) 分析對模具車間很有意義(yi) ,因為(wei) 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。在輸入測量數據後,測量順序、測量路徑等會(hui) 全自動生成並執行。軟件會(hui) 計算典型的輪齒輪廓偏差,例如漸開線和齒麵偏差、單個(ge) 和累積傾(qing) 斜、表麵斷層掃描、輪齒厚度偏差和徑向跳動等,每個(ge) 樣品的測量時間大約是十分鍾。

 

zui終,由於(yu) *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,同時針對係列產(chan) 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(men) 有幾千個(ge) 這種齒輪在投用,而惟德測量對此功不可沒“ 。

如您有小模數及微小模數齒輪測量難題,歡迎谘詢丹青公司,我們(men) 將為(wei) 您提供一套完整的測量解決(jue) 方案。

 

 

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