接触式和光学测量技术

由于对零部件质量的要求不断提高，几何尺寸的检查（包括可理解的文档记录）在当今的制造流程中至关重要。在购买新的三维测量系统之前，基本的问题是哪种技术适合相应的测量任务。是否需要用测量探针捕捉所有相关测量点的接触式三维测量系统？还是采用光学三维测量系统，以非接触方式对整个表面进行数字化？本文解释了这两种方法的基本功能，并探讨了它们的优势、区别以及在汽车行业的应用领域。

在工件尺寸检测领域，坐标测量机（CMM）是传统测量技术中广为人知的系统。坐标测量机使用接触式或扫描式测量系统。测量时，将探针置于所需的测量点上。还可以使用可控旋转台来旋转零部件。连接的测量软件可根据捕捉到的单个点计算出几何要素，并根据这些要素得出需要检测的物体特征的实际值。

接触式测量技术以其极高的绝对精度令人信服，因此仍然是测量高精度零部件的理想之选。固定式坐标测量机的测量点精度可达千分之一毫米。目前，光学三维测量技术尚无法达到如此高的精度。

光学三维测量技术适用于精度要求在百分之一毫米范围内的应用。如果您想购买一套新的测量系统，但不确定需要的是接触式测量系统还是光学测量系统，那么首先要做的就是确定所需的精度。根据经验法则，测量系统的系统精度应始终比所需测量的最高公差提高五到十倍。这意味着：如果某一特性的公差为0.1 mm，则测量设备的精度至少应为0.02 mm。

在汽车行业中，齿轮、曲轴和发动机缸体是典型的接触式测量对象：这些部件的公差和精度要求尽可能高。汽车行业的齿轮通常需要1 µ或更高的精度。目前，光学测量系统几乎无法达到这一精度。

接触式测量技术的一大缺点是，如需更高的数据密度，则需要投入大量时间：在一个工件上探测数百个测量点需要很长时间，有时甚至需要几个小时。因此，在生产过程中几乎不可能进行全面检查——不仅因为需要投入时间，而且许多坐标测量机往往不能直接用于生产。为了节省时间，可以减少测量点的数量，但这这会影响数据密度。因此，始终需要仔细权衡时间投入和数据密度的比例。

无论以高精度捕获了多少个测量点，始终无法测量整个测量物表面。这就是光学测量技术发挥作用之处：光学测量技术不仅速度更快，而且能生成整个测量物的数字图像，因此能提供比接触式测量技术更详细的质量信息。

光学三维测量系统的测量流程非常简单：测量物放置在传感器前方——可由人工或机器人引导。然后开始进行图像采集：测量传感器逐步捕捉测量物的每一面。为了捕捉整个表面，要么移动工件，让传感器捕捉到所有区域，要么在工件周围移动传感器。随后，连接的测量软件会自动将所有单独的测量结果转换为通用坐标系。这样就得到了物体表面的完整三维点云。生成的测量数据可用于各种检测，例如，对物体几何形状进行全场标称-实际比较，或检查GD&T元素。根据彩色偏差图，可以轻松识别有问题的区域，从而有针对性地改进生产流程。这样就可以避免不必要的迭代循环。

光学三维测量技术的另一个优势是：测量流程非常快速。复杂工件的数字化只需几分钟，有时甚至只需几秒钟。

光学三维测量技术在汽车行业的应用实例比比皆是：从机器能力分析的流程规划，到冲压工厂和车身制造中的自动质量控制，以及铸造、锻造和塑料零部件的检查，直至总装过程中的工艺优化。

如今，市场上出现了越来越多结合两种测量方法的测量系统：为了加快测量速度并测量触敏表面，坐标测量机可配备光学传感器。另一方面，光学测量系统也可以通过探针进行扩展，从而捕捉工件中光学难以触及的区域，如深孔、气孔或凹槽。然而，必须牢记一点：光学三维测量系统的系统精度无法通过增加探针来提高，只是能够在复杂结构上捕捉更多的物体特征。

为了进行光学三维尺寸检查，蔡司开发了工业三维扫描仪系列ATOS：光学三维扫描仪以非接触方式工作，可快速提供高分辨率的工件数字图像。为此，ATOS将最新的硬件与智能软件结合起来。