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【未來測量學】多傳感器系統是實現生產的基礎

日期:2021-08-25 19:06
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摘要: 插頭連接器之類的電子元器件的尺寸越來越小,這對制造業提出了更大的挑戰。ERNI 電子采用三維數控多傳感器測量設備來確保其制造工藝,其中一臺設備帶有 X 射線計算機斷層掃描技術。 現代測量技術能夠快速地實現工藝驗證。


 插頭連接器之類的電子元器件的尺寸越來越小,這對制造業提出了更大的挑戰。ERNI 電子采用三維數控多傳感器測量設備來確保其制造工藝,其中一臺設備帶有 X 射線計算機斷層掃描技術。 現代測量技術能夠快速地實現工藝驗證。

ERNI 電子引入了“零缺陷生產“技術。該公司在斯圖加特附近的阿德爾貝格生產大量各種電路板連接器和 I / O 插頭連接器,背板,連接器電纜,外殼,系統和工具。許多產品通過供應商進入汽車工業領域,在那里要求已安裝的組件具有高的品質。


在測量實驗室里,除了各種三維數控多傳感器測量機以外,還有一臺帶有 X 射線計算機斷層掃描傳感器的三坐標測量機(CMM) 。為了讓工人能夠迅速檢查他們的工作成果,在生產車間里安置了一臺復合式三坐標測量機。


質量管理部負責人 Oliver Jehlitschke 解釋說:“汽車工業總是希望增加電路板的封裝密度。這意味著,我們要不斷開發更小的插頭連接器。因此,我們必須不斷調整生產和測量條件?!?/span>


他所在部門的長期指導者和合作伙伴是WERTH。這個位于吉森的公司是現代三坐標測量界的供應商。其專門從事生產帶有光學傳感器和 X 射線斷層掃描技術的三坐標測量機,以及復合式三坐標測量機。早在 1996 年, ERNI 就引進了一臺緊湊型設備 VideoCheck IP 250,用于插頭連接器、外殼和打孔帶的光學測量。如今,它已被一臺更新、更準確的同類型測量機所替代。對于較大的零件, ERNI 在 1999 年投入使用了 VideoCheckFB 固定橋式測量機,它的測量范圍是 400×400×200mm。它配備了遠心光學鏡頭,以及獲得的Werth 光纖探針和傳統的 3D 觸發式探針。


計算機斷層掃描技術使三坐標測量機更加完善

ERNI 測量實驗室的一大亮點是自 2008 年以來就被投入使用的 Werth TomoScope® HV Compact。該三坐標測量機利用計算機斷層掃描技術,在不接觸零件的情況下,分析或測量零件,且測量精度為微米級。


其工作原理如下:首先,在不同的旋轉位置拍攝測量對象的透射圖像。然后,通過軟件將所以的單張圖像進行三維重構,創建一個三維立體圖像,用來描述整個零件內部和外部的幾何形狀。測量技術員Rüdiger Teufel 解釋道:“我們使用TomoScope®測量所有的空外殼和一些包含了公母端子的裝配插頭。我們的掐絲打孔帶也可以用 TomoScope®來測量?!?/span>


對未來技術投資的主要原因是為了贏得工藝制造的時間。運用三維模型和斷層掃描技術生成的三維數據的理論-實際比對,通過彩色編碼顯示測量數據和理論值偏差。這樣可以幫助快速確認,比如,塑料在注塑過程中是否在模具中正確分布。根據結果,可以對模具及注塑參數進行優化,直到達到工藝要求。質量部負責人Jehlitschke 介紹說:”我們要求外殼及其配套的打孔帶都滿足工藝指數Cp=1.67?!?/span>

固定橋式測量機裝有遠心光學鏡頭以及一個光纖探針和一個傳統的觸發式探針。

Rüdiger Teufel 和他的同事使用 TomoScope®進行微米級高精度測量:“ 舉個例子, 我們對外殼的首檢都是在 TomoScope®上進行的。我可以對零件掃描,在幾分鐘內就能得到三維幾何點云數據用于分析。零件的內部尺寸,如腔室,也將被測量。以前,我們必須進行切割、加工和拋光后才能得到橫截面,現在,我們只要按一下按鈕即可從點云中得到橫截面圖像。這節省了大量的時間。其次,可以任意移動截面位置?!?/span>

可靠的共面測量

在 2015 年上半年, ERNI 測量實驗室獲得了另一臺Werth VideoCheck®S 400 型號三維數控多傳感器測量機。它配備了新的傳感器,例如色差傳感器(CFP) 和面焦點變化傳感器 Werth 3D-Patch。Oliver Jehlitschke 說明了投資的原因:“連接插頭連接器和電路板的焊盤必須在一個公差很小的平面上,防止在之后的焊接過程中產生缺陷。我們通過對所有焊接點進行共面測量來判斷是否達標?!?/span>


一個特別的挑戰是,從插頭連接器突出的插針會在裝配后被彎曲 90° 。這意味著,彎曲角度和焊盤的位置可能會稍有不同。由于塑料外殼的變形和收縮,插頭連接器越長,就越難避免誤差。目前,這種測量任務主要是用于制造工序中的質量保證。為此,生產自動化系統中的一個測量系統使用三角測量激光來測量高度。根據生產需要,這種方法是快的,但其遠遠不如 Werth VideoCheck®測量機,該機在測量實驗室提供參考測量和更高的工藝保障。


Rüdiger Teufel 解釋說:“我們對我們新配備有Werth 3D-Patch 和 CFP VideoCheck®S 400 有信心。它具有新的數碼相機術,Werth HiCam,是實現對比聚焦法的佳保障。

無需特殊夾具, X 射線計算機斷層掃描三坐標測量機就能測量各種零件。


表面形貌測量

Werth 3D-Patch 的工作原理:只移動相機的軸,類似自動聚焦的連續拍照。圖像中大對比度的像素被計算出來。圖像棧內的對比度大值被定義為測量點,用于描述三維零件的表面。通過新的申請中的焦點變化法,能夠在更大的動態范圍內測量表面形貌。同一測量對象的黑暗和明亮區域可以在佳照明下被同時捕捉到,由此計算出點云。然后,各個插針的高點可以被確定。并由此來定義一個接觸面。這樣可以模擬焊接前的零件定位,以及焊盤彼此之間的距離。


色差傳感器提供了另一種測量方法。這是一種一維距離傳感器,當加工軸在零件上方移動時,它可以獲取掃描線。然后, 據這些掃描線計算和評價點云。由于其物理性質,該方法尤其適用于測量光面和反光材料。


Oliver Jehlitschke 是這樣解釋 ERNI 多次選擇 Werth測量技術的:“首先,Werth 測量機能夠提供連續的高精度測量。我多年以來的經驗可以證實這一點。其次, Werth 給市場帶來的技術總是完全成熟和可靠的。我們的工作關系好,無論是在服務還是在應用支持方面,特別是新技術 。

ERNI 的質量管理部門負責人 Oliver Jehlitschke(左)正在與經驗豐富的測量技
術員 Rüdiger Teufel 討論重要的特征。


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