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如何测量模数0.12的微型齿轮?

从-100℃到+200℃的极端温度,各种振动、碰撞——来自瑞士萨克瑟恩的Maxon电机工作在zui为严苛的条件下:NASA的火星探测器勇气号和机遇号,都分别装备了39个 Maxon电机,它们已经在那颗红色星球上稳定可靠地工作了十多年。作为传动的关键部件,微型系统中微型行星齿轮的质量需要达到zui高标准,那么,如何保证模数仅有0.12的微小齿轮质量呢?

 

Maxon Motor公司的微型电机模块包括电机、齿轮箱、传感器和控制电子元件等,这些模块可组合成直径仅为6mm的微型驱动单元。在这种6mm的GP6行星微型驱动器中,有一个模数为0.12的注塑齿轮,齿顶直径是1.908mm,齿根直径是1.347mm,材料为Drlin 100 (题图),要精确测量这个齿轮,对Maxon Motor来说是一个很大的挑战。

 

显然,传统的触发式和扫描式探针无法解决这一难题,因为传统探针的探针球直径太大,无法深入到齿根;而如果使用纯光学的方式测量,光学传感器无法测量到微型齿轮的齿面。

 

起初,Maxon Motor主要采用标准双面啮合齿轮滚动检测,这是针对直齿轮和行星齿轮的传统检测方法,需要主齿轮和测试齿轮以较小的压力接触,然后无间隙啮合旋转一周,zui后由软件分析出圆心距的变化和运动的一致性。然而对于模数0.12的塑料齿轮来说,这种检测方法存在问题,因为即使是一丁点压力,都会使微小的塑料轮齿发生形变,从而导致错误的结果。

 

zui终,Maxon Motor的质量团队在惟德公司找到了适合微型齿轮测量的可靠解决方案。他们选用了惟德公司的高精度复合式三坐标测量机Werth VideoCheck® HA 。在良好环境条件下,该机器使用图像处理传感器可以达到双向zui大允许误差仅为(0.5 + L/900)μm。另外,Maxon还选择了10 倍远心镜头,触发式探针TP200,惟德光学变焦镜头Werth Zoom,以及惟德专li的光纤探针WFP和 WinWerth® 齿轮测量软件包。

 

惟德光纤探针Werth Fiber Probe

WFP 由一根玻璃光纤和其顶端直径为20μm 的探针球组成。与传统的接触式测量方法相比,光纤探针的作用基础是“接触—光学”测量。其探针杆不是用来向探针头传输机械信号,而仅用于定位探针球。探针球的位置由图像处理器通过远心镜头以光学的方式捕捉到,因此,WFP能够以超高精度(接触偏差≤ 0.3 μm)测量几何微型特征。与传统的探针一样,软件通过探针球半径来计算相应的测量点。因为探针杆非常细,接触力< 1 μN, 几乎可以忽略不计,所以,即使是zui敏感的塑料齿轮也不会接触变形。

图:2D光纤探针扫描齿轮(光纤探针球直径133µm)

 

针对模具修正的轮廓比对功能

另外一个优势是,不需要复杂的夹具,所以零件所受外力几乎为零。测量时,只需要将小齿轮用一片胶带固定在测量台的基座上,然后使用光学传感器捕捉轮齿的外形轮廓。WinWerth®测量软件包用二维数据计算出光纤探针在扫描时要经过的路径,使扫描更快。由于齿轮的高度约为1mm,所以在扫描轮齿外形轮廓时,测量工程师将光纤探针的深度设置为接触齿轮的zui佳区域-0.5mm。这个区域是任何别的方法无法到达的。zui后,通过使用同种方法测量轴座直径,也可测量这些齿轮的径向跳动。

 

扫描精度高于1μm,可以得出高点密度的轮廓,实际轮廓在3D-CAD对照中可以形象化,以颜色编码偏差的方式显示出来。这个分析对模具车间很有意义,因为能够在发生偏差的时候,精准地在偏差位置修正模具。

图:通过WFP 2D扫描的轮廓和CAD模型的颜色偏差比对

 

功能强大、简单易用的软件

专用的齿轮测量程序完全集成在WinWerth®软件包中。在输入指定测量数据后,测量顺序、测量路径等会全自动生成并执行。软件会计算典型的轮齿轮廓偏差,例如渐开线和齿面偏差、单个和累积倾斜、表面断层扫描、轮齿厚度偏差和径向跳动等,每个样品的测量时间大约是十分钟。

 

zui终,由于首件检测和过程评估的双双改进,模具车间的修正周期得以缩短,同时针对系列产品的检测花费也大幅削减。Maxon Motor研发主管Roland Rossacher 对此十分满意:“我们有几千个这种齿轮在投用,而惟德测量对此功不可没“ 。

如您有小模数及微小模数齿轮测量难题,欢迎咨询丹青公司,我们将为您提供一套完整的测量解决方案。

 

 

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