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【未来测量学】多传感器系统是实现零缺陷生产的基础

日期:2019-12-06 12:18
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摘要:


 插头连接器之类的电子元器件的尺寸越来越小,这对制造业提出了更大的挑战。ERNI 电子采用三维数控多传感器测量设备来确保其制造工艺,其中一台设备带有 X 射线计算机断层扫描技术。 现代测量技术能够快速地实现工艺验证。

ERNI 电子引入了“零缺陷生产“技术。该公司在斯图加特附近的阿德尔贝格生产大量各种电路板连接器和 I / O 插头连接器,背板,连接器电缆,外壳,系统和工具。许多产品通过供应商进入汽车工业领域,在那里要求已安装的组件具有特别高的品质。


因此,质保部的配套设施是十分专业的。在测量实验室里,除了各种三维数控多传感器测量机以外,还有一台带有 X 射线计算机断层扫描传感器的三坐标测量机(CMM) 。为了让工人能够迅速检查他们的工作成果,在生产车间里安置了一台复合式三坐标测量机。


质量管理部负责人 Oliver Jehlitschke 解释说:“汽车工业总是希望增加电路板的封装密度。这意味着,我们要不断开发更小的插头连接器。因此,我们必须不断调整生产和测量条件。”


他所在部门的长期指导者和合作伙伴是WERTH。这个位于吉森的公司是现代三坐标测量界的优选供应商。其专门从事生产带有光学传感器和 X 射线断层扫描技术的三坐标测量机,以及复合式三坐标测量机。早在 1996 年, ERNI 就引进了一台紧凑型设备 VideoCheck IP 250,用于插头连接器、外壳和打孔带的光学测量。如今,它已被一台更新、更准确的同类型测量机所替代。对于较大的零件, ERNI 在 1999 年投入使用了 VideoCheckFB 固定桥式测量机,它的测量范围是 400×400×200mm。它配备了远心光学镜头,以及获得的Werth 光纤探针和传统的 3D 触发式探针。


计算机断层扫描技术使三坐标测量机更加完善

ERNI 测量实验室的一大亮点是自 2008 年以来就被投入使用的 Werth TomoScope® HV Compact。该三坐标测量机利用计算机断层扫描技术,在不接触零件的情况下,分析或测量零件,且测量精度为微米级。


其工作原理如下:首先,在不同的旋转位置拍摄测量对象的透射图像。然后,通过软件将所以的单张图像进行三维重构,创建一个三维立体图像,用来描述整个零件内部和外部的几何形状。测量技术员Rüdiger Teufel 解释道:“我们使用TomoScope®测量所有的空外壳和一些包含了公母端子的装配插头。我们的掐丝打孔带也可以用 TomoScope®来测量。”


对未来技术投资的主要原因是为了赢得工艺制造的时间。运用三维模型和断层扫描技术生成的三维数据的理论-实际比对,通过彩色编码显示测量数据和理论值偏差。这样可以帮助快速确认,比如,塑料在注塑过程中是否在模具中正确分布。根据结果,可以对模具及注塑参数进行优化,直到达到工艺要求。质量部负责人Jehlitschke 介绍说:”我们要求外壳及其配套的打孔带都满足工艺指数Cp=1.67。“

固定桥式测量机装有远心光学镜头以及一个光纤探针和一个传统的触发式探针。

Rüdiger Teufel 和他的同事使用 TomoScope®进行微米级高精度测量:“ 举个例子, 我们对外壳的首检都是在 TomoScope®上进行的。我可以对零件扫描,在几分钟内就能得到三维几何点云数据用于分析。零件的内部尺寸,如腔室,也将被测量。以前,我们必须进行切割、加工和抛光后才能得到横截面,现在,我们只要按一下按钮即可从点云中得到横截面图像。这节省了大量的时间。其次,可以任意移动截面位置。”

可靠的共面测量

在 2015 年上半年, ERNI 测量实验室获得了另一台Werth VideoCheck®S 400 型号三维数控多传感器测量机。它配备了新的传感器,例如色差传感器(CFP) 和面焦点变化传感器 Werth 3D-PatchOliver Jehlitschke 说明了投资的原因:“连接插头连接器和电路板的焊盘必须在一个公差很小的平面上,防止在之后的焊接过程中产生缺陷。我们通过对所有焊接点进行共面测量来判断是否达标。”


一个特别的挑战是,从插头连接器突出的插针会在装配后被弯曲 90° 。这意味着,弯曲角度和焊盘的位置可能会稍有不同。由于塑料外壳的变形和收缩,插头连接器越长,就越难避免误差。目前,这种测量任务主要是用于制造工序中的质量保证。为此,生产自动化系统中的一个测量系统使用三角测量激光来测量高度。根据生产需要,这种方法是非常快的,但其**度远远不如 Werth VideoCheck®测量机,该机在测量实验室提供参考测量和更高的工艺保障。


Rüdiger Teufel 解释说:“我们对我们新配备有Werth 3D-Patch 和 CFP VideoCheck®S 400 十分有信心。它具有新的数码相机术,Werth HiCam,是实现对比聚焦法的佳保障

无需特殊夹具, X 射线计算机断层扫描三坐标测量机就能测量各种零件。


表面形貌测量

Werth 3D-Patch 的工作原理:只移动相机的轴,类似自动聚焦的连续拍照。图像中大对比度的像素被计算出来。图像栈内的对比度大值被定义为测量点,用于描述三维零件的表面。通过新的申请中的焦点变化法,能够在更大的动态范围内测量表面形貌。同一测量对象的黑暗和明亮区域可以在佳照明下被同时捕捉到,由此计算出点云。然后,各个插针的高点可以被确定。并由此来定义一个接触面。这样可以模拟焊接前的零件定位,以及焊盘彼此之间的距离。


色差传感器提供了另一种测量方法。这是一种一维距离传感器,当加工轴在零件上方移动时,它可以获取扫描线。然后, 据这些扫描线计算和评价点云。由于其物理性质,该方法尤其适用于测量光面和反光材料。


Oliver Jehlitschke 是这样解释 ERNI 多次选择 Werth测量技术的:“首先,Werth 测量机能够提供连续的高精度测量。我多年以来的经验可以证实这一点。其次, Werth 给市场带来的技术总是完全成熟和可靠的。后,我们的工作关系非常好,无论是在服务还是在应用支持方面,特别是新技术 。

ERNI 的质量管理部门负责人 Oliver Jehlitschke(左)正在与经验丰富的测量技
术员 Rüdiger Teufel 讨论重要的检测特征。


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