【未來測量學】多傳感器系統(tǒng)是實現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)的基礎

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(yè)提出了更大的挑戰(zhàn)。ERNI 電子采用三維數(shù)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(xiàn)代測量技術能夠快速地實現(xiàn)工藝驗證。

ERNI 電子引入了“零缺陷生產(chǎn)“技術。該公司在斯圖加特附近的阿德爾貝格生產(chǎn)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(tǒng)和工具。許多產(chǎn)品通過供應商進入汽車工業(yè)領域，在那里要求已安裝的組件具有特別高的品質(zhì)。

因此，質(zhì)保部的配套設施是十分專業(yè)的。在測量實驗室里，除了各種三維數(shù)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(chǎn)車間里安置了一臺復合式三坐標測量機。

質(zhì)量管理部負責人 Oliver Jehlitschke 解釋說：“汽車工業(yè)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(fā)更小的插頭連接器。因此，我們必須不斷調(diào)整生產(chǎn)和測量條件。”

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(xiàn)代三坐標測量界的首選供應商。其專門從事生產(chǎn)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，以及獲得專利的Werth 光纖探針和傳統(tǒng)的 3D 觸發(fā)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(zhuǎn)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(chuàng)建一個三維立體圖像，用來描述整個零件內(nèi)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。”

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(shù)據(jù)的理論-實際比對，通過彩色編碼顯示測量數(shù)據(jù)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(jù)結(jié)果，可以對模具及注塑參數(shù)進行優(yōu)化，直到達到工藝要求。質(zhì)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(shù)Cp=1.67。“

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(tǒng)的觸發(fā)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(nèi)就能得到三維幾何點云數(shù)據(jù)用于分析。零件的內(nèi)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(xiàn)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(jié)省了大量的時間。其次，可以任意移動截面位置。”

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(shù)控多傳感器測量機。它配備了的傳感器，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(chǎn)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。”

一個特別的挑戰(zhàn)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。由于塑料外殼的不變形和收縮，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(zhì)量保證。為此，生產(chǎn)自動化系統(tǒng)中的一個測量系統(tǒng)使用三角測量激光來測量高度。根據(jù)生產(chǎn)需要，這種方法是非?？斓模渚_度遠遠不如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：“我們對我們配備有Werth 3D-Patch和CFP的VideoCheck®S 400十分有信心。它具有的數(shù)碼相機術，WerthHiCam，是實現(xiàn)對比聚焦法的最佳保障。

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(xù)拍照。圖像中最大對比度的像素被計算出來。圖像棧內(nèi)的對比度最大值被定義為測量點，用于描述三維零件的表面。通過新的專利申請中的焦點變化法，能夠在更大的動態(tài)范圍內(nèi)測量表面形貌。同一測量對象的黑暗和明亮區(qū)域可以在最佳照明下被同時捕捉到，由此計算出點云。然后，各個插針的最高點可以被確定。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(jù)這些掃描線計算和評價點云。由于其物理性質(zhì)，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(xù)的高精度測量。我多年以來的經(jīng)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。最后，我們的工作關系非常好，無論是在服務還是在應用支持方面，特別是新技術 。

ERNI 的質(zhì)量管理部門負責人 Oliver Jehlitschke（左）正在與經(jīng)驗豐富的測量技術員 Rüdiger Teufel 討論重要的檢測特征。