1、先進(jìn)坐標(biāo)測量技術(shù),卡爾蔡司（上海）管理有限公司,2,創(chuàng)辦于1846年的蔡司，是一家科技領(lǐng)先的集團(tuán)公司, 尤其在 光學(xué)及工業(yè)方案等領(lǐng)域 卡爾蔡司股份有限公司并不是上市公司, 而是隸屬卡爾蔡司 基金會 目前六大業(yè)務(wù)集團(tuán)在全球超過四十個國家運(yùn)營，全球超過 24000名員工 卡爾蔡司更關(guān)注領(lǐng)先市場的方案: 工業(yè)方案 研究方案 醫(yī)療技術(shù) 消費(fèi)光學(xué),蔡司集團(tuán)簡介,全球80%的電子業(yè)與半導(dǎo)體芯片使用蔡司微光刻透鏡制造,幾乎所有F1賽車隊(duì)的精密制造都倚賴蔡司工業(yè)測量技術(shù),全球2億人佩戴蔡司鏡片，每秒便有2位消費(fèi)者選擇我們,蔡司星象儀可投射最大直徑35米的星空，每年超過8000萬人在天文館觀賞我們的 “星空”,

2、蔡司的外科手術(shù)顯微鏡配備先進(jìn)的術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)，幫助醫(yī)生在術(shù)中隨時精確判斷儀器和病癥位置,地心引力、魔戒三部曲、變形金剛：月黑之時等諸多名作皆由蔡司電影鏡頭拍攝,科學(xué)家使用蔡司電子顯微鏡獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)和高清立體圖像，加速天然氣和石油的勘探研究,1969年人類首次登月使用了蔡司鏡頭,你知道嗎？,80-90% 任務(wù)量,工業(yè)測量,Courtesy: Pfeifer, T.: Production Metrology, R. Oldenbourg Verlag, 2002,外 形,材 料,功 能,工業(yè)領(lǐng)域的測量任務(wù),41%的汽車產(chǎn)品質(zhì)量問題與汽車制造尺寸偏差相關(guān)。 - J. D. Power 全球汽車產(chǎn)品質(zhì)

3、量關(guān)鍵問題調(diào)查評估報告,一輛汽車由兩萬個左右零部件組成,幾何精度是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,圖紙,工件模型,實(shí)體工件,測量對象,幾何量應(yīng)用,測量儀器,9,什么是三坐標(biāo)測量機(jī)？,三坐標(biāo)測量機(jī) Coordinate Measuring Machine (CMM) 優(yōu)勢： 通用性強(qiáng)，精確可靠，快捷方便 原理： 將被測零件放入其允許的測量空間范圍內(nèi)，精確地測出被測零件表面的點(diǎn)于空間三個坐標(biāo)位置的數(shù)值，將此類點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值經(jīng)計算機(jī)處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，經(jīng)過數(shù)學(xué)計算的方法得出其形狀、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。,1973年，首臺CNC接觸式掃描坐標(biāo)測量機(jī) UMM 500,1926年，首臺

4、UMM通用測量顯微鏡,1920年，首臺光干涉比對儀,1919 - 2009,悠久的工業(yè)測量歷史,首臺通用測量顯微鏡UMM,車間掃描測量機(jī)UMC 850,高性能測量機(jī) CONTURA,復(fù)合式掃描測量機(jī) O-INSPECT 442,復(fù)合式掃描 測量機(jī)OI 322,工業(yè)CT測量機(jī)METROTOM,計量行業(yè)新標(biāo)桿 XENOS,創(chuàng)立,計量型坐標(biāo)測量機(jī) UPMC,高精度測量機(jī) PRISMO,微納米計量 F25,大型測量機(jī) MMZ,高速在線CT VoluMax,懸臂式測量機(jī) HAM,坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展簡史,11,為什么需要三坐標(biāo)測量機(jī)？,微米級的挑戰(zhàn)： 對于產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求顯著增加 制造公差日益嚴(yán)格 制造技

5、術(shù)的發(fā)展需要越來越高精度的生產(chǎn)及測量設(shè)備,13,為什么需要三坐標(biāo)測量機(jī)？,獲取尺寸數(shù)據(jù)最有效的方法之一 代替多種表面測量工具及組合量規(guī) 將復(fù)雜的測量任務(wù)所需時間由小時縮短至分鐘,為什么需要三坐標(biāo)測量機(jī)？,1. 功能導(dǎo)向性測量 例如： 檢查某個零件的功能 保證裝配 完成來料或者出貨的檢查 通過三坐標(biāo)檢測替代量具檢查 進(jìn)行樣品檢測,2. 生產(chǎn)導(dǎo)向性測量 例如： 提供過程參數(shù) 確定生產(chǎn)的修正值和機(jī)器設(shè)置 完成VDA5或者GR&R測試 確定cg 或者 cgk 的值,軸承技術(shù) 控制系統(tǒng) 控制面板,主軸 光柵尺,測頭系統(tǒng),減振單元,導(dǎo)軌 立柱,防護(hù)外罩 橫梁,轉(zhuǎn)臺系統(tǒng) 花崗巖平臺,三坐標(biāo)測量機(jī)的基本組成,

6、16,坐標(biāo)測量機(jī)主要的結(jié)構(gòu)形式,固定工作臺懸臂式,移動橋式,龍門式,移動工作臺懸臂式,固定橋式,水平懸臂式,D,D,D,M,M,材料: CFK 剛性好 熱力學(xué)穩(wěn)定性 比重輕,橋架兩端一致的溫度膨脹 =主軸的溫度膨脹,陶瓷: 剛性好 溫度變化不敏感 重量輕 可用于復(fù)雜形狀,獨(dú)特定制的工藝確保碳纖維與陶瓷保持一致的熱力學(xué)表現(xiàn),坐標(biāo)測量機(jī)移動橋式結(jié)構(gòu),橋式測量機(jī),車間型測量機(jī),大型測量機(jī),復(fù)合式掃描測量機(jī),懸臂式測量機(jī),CT 測量機(jī),在線測量,過程控制,坐標(biāo)測量機(jī)主要的分類,VAST gold VAST XTR gold VAST XXT VISCAN LineScan ROTOS,一機(jī)多用，MAS

7、S多測頭平臺技術(shù)滿足多方面測量需求,測頭的主要類型,ZX平面方向，半徑為50毫米的環(huán)規(guī) 探針長度: 200毫米 掃描速度: 20毫米每秒,VAST gold固定式測頭,傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式測頭,固定與旋轉(zhuǎn)式測頭區(qū)分,21,單點(diǎn)測量:,信息相對有限,有限的測量信息： 尺寸 位置 形狀,掃描測量:,準(zhǔn)確的測量結(jié)果: 尺寸 位置 形狀,標(biāo)準(zhǔn)的掃描結(jié)果,三坐標(biāo)測量機(jī)的主要觸測方式,22,測量過程如何獲取更全面精確的信息？,如若多次采點(diǎn)位置有所差異，測量結(jié)果通常會有所改變，如上位置不同 的四點(diǎn)觸測，其直徑偏差測量值變化量由12um至50um不等。,多點(diǎn)觸測,連續(xù)掃描,唯有通過掃描方可獲取更全面的信息，更佳的測量重

8、復(fù)再現(xiàn)性，直徑偏差值最大化恒定于53um。,ACTIVE 主動式掃描,連續(xù)掃描的種類,D-CAA,S-CAA,連續(xù)掃描速度區(qū)別,小型殼體,中型殼體,大型缸體,24-29 % 時間節(jié)省,19-29 %時間節(jié)省,26-36 %時間節(jié)省,30-35 %時間節(jié)省,25-30 %時間節(jié)省,35-45 %時間節(jié)省,VAST Navigator,VAST Navigator + VAST Performance,工件,測針組結(jié)構(gòu),蔡司專利技術(shù)及絕佳的用戶體驗(yàn),測量效率是關(guān)鍵,26,支持超長/復(fù)雜探針且保持高精度的掃描測頭,玻璃陶瓷,玻璃,鋼,0.0 +/- 0.05 m/meter/oC,11.5 +/-0

9、.5 m/meter/oC,7.8 +/-0.5 m/meter/oC, 光柵尺系統(tǒng)無需額外溫度傳感器,無溫度補(bǔ)償誤差, 近乎于零的熱膨脹系數(shù)及絕佳的材質(zhì)均勻性,長期的空間穩(wěn)定性,光柵尺的種類, 光柵尺本身幾乎沒有熱膨脹 經(jīng)過驗(yàn)證的光柵尺懸浮安裝保證測量穩(wěn)定,20C,非固定端 = 光柵尺不受承載物熱膨脹的影響,固定端= 不變的零點(diǎn)位置,玻璃陶瓷光柵尺與光柵尺懸浮安裝技術(shù),26C,玻璃陶瓷光柵尺,承載物,油膜,光柵尺的安裝,橋式測量機(jī),車間型測量機(jī),大型測量機(jī),復(fù)合式掃描測量機(jī),通用測量平臺,齒輪測量,葉片測量,脫機(jī)編程,自由曲面測量,自由曲面測量,質(zhì)量數(shù)據(jù)管理,測量實(shí)驗(yàn)室管理,坐標(biāo)測量機(jī)主要的

10、軟件系統(tǒng),29,30,革命性的計量變化：CAD技術(shù)的引入,快速簡易的少量點(diǎn)擊數(shù)即可實(shí)現(xiàn)快速編程,31,革命性的計量變化：CAD技術(shù)的引入,面向?qū)ο缶幊?基于代碼編程,如何實(shí)現(xiàn)高效編程,安全平面 自動生成 防碰撞測量 中間位置無需編程 探針和測量方向的自動設(shè)置,用于測量運(yùn)行的排序功能,高效，全自動生成測量路徑,獨(dú)到的格式刷功能,功能全面,快速掌握使用同樣的圖標(biāo),簡易編程,多樣化測量報告,37,Results in CAD window,Form plots,Graphic element,多樣化測量報告,38,如何提升測量效率,極大優(yōu)勢是可支持仿真模擬拓展，既可檢查測頭運(yùn)動是否與工件干涉，亦可驗(yàn)

11、證程序邏輯及流程等。 優(yōu)化程序，對于大量的編程內(nèi)容，可節(jié)省機(jī)臺占用時間，降低編程出錯率。,輪廓曲線：2D與3D輪廓曲線拓展功能,40,Nominal data: freely calculate curves from mathematical formulas Curves from model sections Change nominal points and vectors Fit curves,輪廓曲線：測量結(jié)果分析及顯示拓展功能,PiWeb,PiWeb,PiWeb,獨(dú)立位置,獨(dú)立位置 統(tǒng)計分析,可聯(lián)結(jié)任意位置的機(jī)臺 連結(jié)質(zhì)量及檢測儀器 中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 全球?qū)崟r分析,高級數(shù)據(jù)管理平

12、臺,42,基于掃描技術(shù)的逆向工程,VAST系列高精度接觸式連續(xù)掃描,METROTOM X射線斷層掃描（CT）,LineScan 激光線束掃描,利用測量機(jī)對樣品掃描后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺AD/CAM軟件中以完成設(shè)計與造型， 獲取3D數(shù)字模型，節(jié)省大量時間成本。,較大的機(jī)器行程，大范圍環(huán)繞工件之量測,較小的機(jī)器行程，無環(huán)繞量測,三軸測量,四軸測量,三軸與四軸測量區(qū)別,超高精度旋轉(zhuǎn)工作臺,ISC智能掃描控制系統(tǒng),通用測量軟件平臺,主動式三維連續(xù)掃描測量技術(shù),完美的結(jié)合,四軸聯(lián)動掃描測量技術(shù),CARL ZEISS IMT,四軸聯(lián)動掃描測量技術(shù),46,測針在某些位置時，測桿會與葉片發(fā)生干涉，若通過變換測針

13、方式，會大大降低工作效率.,. 四軸聯(lián)動掃描 ,四軸聯(lián)動掃描測量技術(shù),葉片截面公差分段評定偏差投影評定公差最佳擬合快速點(diǎn)序變換點(diǎn)云循環(huán)擬合邊緣智能調(diào)整離線編程及仿真二次開發(fā)及個性化定義,葉片測量技術(shù),48,葉片測量技術(shù),齒輪測量技術(shù),應(yīng)用于精密測量領(lǐng)域的工業(yè)CT,Digitizing 逆向工程,CAD Comparision 數(shù)模比對及快速修模,Porosity Analysis 孔隙率分析,Dimensional Metrology 三維尺寸測量,Application,Assembly Control 裝配檢測,Act-act Comparision 實(shí)際值比對,Wall Thicknes

14、s Analysis 厚度分析,METROTOM,METROTOM 800,METROTOM 1500,應(yīng)用于精密測量領(lǐng)域的工業(yè)CT,配備多種掃描測頭系統(tǒng),滿足各類尺寸及輪廓測量要求.,一機(jī)多用,降低測量不確定度及大幅縮短測量時間.,O-I,傳統(tǒng),Time,一機(jī)多用，復(fù)合式測量平臺,一機(jī)多用，復(fù)合式測量平臺,單特征,手動操作,替代量規(guī),生產(chǎn)過程控制,54,如何提升測量效率,集成于柔性自動化制造系統(tǒng),56,如何提升測量效率,簡易！ 一鍵式運(yùn)行操作，支持單件或批量化測量 標(biāo)準(zhǔn)化功能，托盤式操作,57,測針創(chuàng)建系統(tǒng),夾具系統(tǒng),測量結(jié)果是“昂貴”決定的基礎(chǔ)： 發(fā)貨還是重做 接受還是退貨 生產(chǎn)繼續(xù)還是中

15、斷,不精確的坐標(biāo)測量機(jī)可能會引起錯誤決定,廢品 發(fā)貨,測量結(jié)果的不確定度是一個經(jīng)濟(jì)問題。,為什么需要精確的坐標(biāo)測量機(jī)？,R0,EL,Length in mm,Deviation in m,L1,L2,L3,L4,L5, =+ ,A, ,測量機(jī)的精度評定標(biāo)準(zhǔn),關(guān)鍵指標(biāo)是哪些 ? 少見以兩點(diǎn)測量某一特征! 如下信息同樣非常重要: MPE-RONt MPE-THP MPE-t MPE-PSTM MPE-PFTM,掃描誤差,多探針形狀及尺寸誤差,測量機(jī)的精度評定標(biāo)準(zhǔn),測量機(jī)的精度評定用標(biāo)準(zhǔn)器,63,測量機(jī)的精度評定標(biāo)準(zhǔn),長度測量誤差MPE-E0 。,ISO 10360,ISO 12181,掃描誤差MP

16、E-THP,單探針形狀探測誤差MPE-PFTU,形狀測量誤差 MPE-RONt,64,測量機(jī)的精度評定標(biāo)準(zhǔn),四軸精度 MPE-FA,FR,FT 。,多探針精度 MPE-PFTM,PLTM,PSTM,測針偏置150mm時長度測量精度 MPE-E150,比較三坐標(biāo)的性能參數(shù),評估特定任務(wù)測量誤差,基于公司標(biāo)準(zhǔn)的 GR&R-測試能力測試,VDA 5,VDI 2617-11 不確定度平衡,VDI 2617-8 測試合理性,VDI 2617-7 光學(xué)三坐標(biāo),ISO 15530-x,ISO 10360 三坐標(biāo)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),cg, cgk 1,33 resp. U/T0.1 . 0.2,測量誤差指示器 E,基于

17、MPEE僅能預(yù)估距離和直徑測量誤差,如何選擇合適的坐標(biāo)測量機(jī)？,某測量機(jī)自1997.10 9/12/7,2011年12月24日維保精度報告,1997年10月安裝驗(yàn)收精度報告,長期的精度穩(wěn)定性及重復(fù)性,67,使用者對于測量很重要,夾緊檢查：變形或松動 避免碰撞 檢查碰撞結(jié)果 避免桿探測 正確使用工具 找正檢查，基準(zhǔn)檢查 檢查測針組裝 檢查測針校準(zhǔn) 清潔 檢查測量程序 設(shè)置合適的粗差清除參數(shù) 測量機(jī)監(jiān)控 主動性，教育/培訓(xùn),測量機(jī)仿生學(xué)設(shè)計,測量機(jī)設(shè)計及CAA誤差補(bǔ)償，ZERODUR，CARAT等高科技材料研發(fā),測量機(jī)人體工程學(xué)及工業(yè)設(shè)計,主動式連續(xù)掃描，旋轉(zhuǎn)式，高速掃描及飛行掃描等測頭技術(shù),豐富

18、的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗(yàn),全面涵蓋多樣化航空航天應(yīng)用,基于四軸聯(lián)動掃描技術(shù)的機(jī)匣及整體葉輪葉盤測量,激光掃描及逆向,基于超長測針的渦輪軸類尺寸測量,主動式高精度掃描 旋轉(zhuǎn)式高效掃描,基于CT技術(shù)的超小葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及缺陷分析,基于高精度視像技術(shù)對微細(xì)榫齒測量,全面涵蓋多樣化航空航天應(yīng)用,將表面粗糙度測頭集成于測量機(jī),測量規(guī)劃,脫機(jī)編程,裝夾方案,懸臂式測量,在線測量,數(shù)據(jù)管理,轎車車身結(jié)構(gòu)和工藝皆非常復(fù)雜，具備很高的裝配精度，需對車身、四門兩蓋、前后圍總成、左右側(cè)圍總成、底板總成等進(jìn)行嚴(yán)格管控。涉及曲面輪廓、孔位、邊界點(diǎn)、槽、料厚補(bǔ)償?shù)葢?yīng)用要點(diǎn)，全面涵蓋數(shù)百個測量元素及多角度旋轉(zhuǎn)方位，廣泛應(yīng)用于全球知名汽車制造商的產(chǎn)品開發(fā)、試制、抽樣檢測等環(huán)節(jié)。 于量產(chǎn)階段，自動化光學(xué)檢測在不中斷生產(chǎn)的條件下既確保了工藝的可靠性，又提高了生產(chǎn)效率，100%覆蓋了