测量工具和检测技术的类别和选择技巧

花时间在正确的机器上进行投资可能意味着有利可图的运营与持续的头痛之间的区别。

在最高级别中，测量工具和检测选择仅分为两类：接触/非接触和有线/无线。在每个类别中，都有一系列技术为特定的应用领域提供最佳解决方案：普通/超高精度，激光/照相机，旋转/固定工具，普通尺寸/微型工具，垂直/水平加工中心，带或不带CNC车床实时工具/瑞士自动和射频（RF）/蓝牙无线。

此外，尽管每种技术可能是针对特定应用的最佳选择，但在该特定应用之外也存在很多重叠之处，使选择复杂化。最重要的是，最简单和最复杂的技术与结合了多个以上技术的混合动力之间存在成本差异。

像这样的主轴测头的使用，该测头结合了压电技术，可以在加工后测量关键尺寸，这可以作为刀具监控策略的一部分。

该紧凑型测头在工具以最佳重复性的工作速度旋转时进行操作。它可以进行刀具完整性检查，长度和直径测量，刀具磨损补偿以及刀具破损监测

有线与无线

也许开始整理选项的最佳位置是简单的有线/无线选择，这很简单。有线系统通常比同类无线设备便宜，因为通信组件不需要内置在硬件中。出于相同的原因，实际的机器上硬件可能会更小。此外，没有要充电或更换的电池。

有线系统的缺点是电线。机床和电线根本无法很好地相处，因此导致的维护停机时间和电线更换成本可能会很大。

有线系统有其应有的地位，在适合的地方，它们运作良好。但是需要仔细考虑加工环境，以避免长期的维护麻烦。在VMC表上使用简单的联系人工具集可能会是一个很好的应用程序。带有旋转工作台的HMC上的相同工具集可能不是。

最后，请记住，有线系统没有比无线系统更准确。典型的测头将提供1微米的精度，而激光将以有线或无线配置提供0.2微米的精度。

在无线方面，唯一真正的问题是范围和传统RF与蓝牙通信。除非车间运行的是大型机器，例如航空航天晶石磨，否则不大可能会考虑范围，如果是，则很容易解决该问题。

蓝牙，尤其是低能耗蓝牙的最新化身，在通信技术竞赛中脱颖而出，以至于这个问题甚至可能不会在传统系统之外存在很长时间。那至少是一项技术选择，不会带来太多挑战。

但是，一旦做出有线/无线决定，事情就会变得越来越复杂。

接触与非接触

接触系统都使用某种接触式测头技术来确定工具位置或检测损坏或丢失的工具。可用系统之间的差异在于所用探针的类型以及探针是固定的还是移动的。

值得注意的是，“探针”一词不一定表示长而细的测针装置，末端带有一个球。例如，一个简单的工具设定者可能由一台带有一个或多个触点“焊盘”的测量设备组成，该焊盘永久固定在工作台或VMC的某些其他组件上。唯一可见的元素可能是将“垫”连接到外壳内部的测量机构的臂或“十字”。

使工具与探针接触，以确定其存在、大小、状况和位置。在一定范围内，相对光滑的圆柱形工具（例如钻头或立铣刀）在接触探针时可以旋转，这也可以测量跳动。在大多数情况下，高于约400 rpm的旋转速度可能会损坏探头，这限制了此应用程序的实用性。

探针还可用于通过检查工具加工的工件区域来间接测量工具的磨损。这需要高精度的探针和使它与工件接触的机构。该技术在转塔车床上特别有用，因为可以将测头安装在转塔上，因此测量成为编程加工周期的一部分。这是无线系统的绝佳应用。

HMC提出了更复杂的安装挑战，因为它们经常使用旋转工作台和/或托盘装载。处理这种情况的一种方法是在每个货盘上放置一个无线触摸式工具设定器，以与位于机器上的通用接收器进行通信。这种布置可以通过相对简单且便宜的无线测头用于工具设置，工具测量和工具破损检测。

另一种解决方案是将测头安装在自动“弹出式”支架上，该支架会移动到适当位置以测量工具或工件，然后在加工过程中缩回。根据特定的加工环境，这可能是有线或无线系统的良好应用。

由于车床既可以使用电动工具，也可以使用非旋转工具，因此在对刀和破损检测方面面临着不同的挑战。操作员将接触式探针放在电动臂上，使它与转塔上的非旋转工具接触。这些臂可从Marposs购买，这些臂经过预先设计以适合特定的车床品牌和型号。

但是，由于接触技术对旋转工具的价值有限，因此将测头与非接触技术配对通常对于车床是最佳的。一种这样的系统使用激光来验证旋转工具，并且使用测头来扫描非旋转工具。它既不是纯接触也不是纯非接触，而是一种混合系统，配置为可满足对特定类型机床的一组特定要求。

当高精度机床需要热补偿时，这种混合系统也很有用。激光只能测量二维，因为必须固定一个轴。测头可用于生成第三轴数据，但是可以完成测量。

这些系统中使用的激光是当今可用的两种主要非接触技术之一。另一个基于相机应用程序。本质上的区别在于，激光探测器测量阴影，而相机探测器测量正像。差异是显着的。

激光系统对光束大小敏感，需要约50％的光束被工具阻挡才能有效工作。如果光束大于工具，则会在测量中引入明显的误差。这使得对于小型工具而言激光系统的使用成为问题。

由于摄像机系统可测量实际图像，因此它不受工具尺寸的限制。这使其成为微加工应用的首选技术，在这种应用中，工具的直径可小至0.002英寸或0.003英寸。由于摄像头系统对图像中实际已知尺寸的像素进行计数，因此与使用激光时可能获得的0.2微米分辨率相比，它可以获得稍高的分辨率。Marposs VTS视觉工具集可以在几秒钟内测量静态工具，包括车床工具。

相机系统确实有局限性。例如，VTS视觉工具设定器的最大直径能力为45毫米，最小直径为10微米。它还具有一个500微米的窗口，用于测量完整的工具，除此之外，只能对边缘成像。

但是，在有正当理由的情况下，其成本当然并不高。在Makino IQ-300微加工中心等机器上，Marposs VTS系统将占不到总资本投资的3％。考虑到在该系统上生产的零件的价值，机床和工具的成本以及该应用没有其他可用技术的事实，这是很划算的。

对于那些在深奥的市场中没有竞争能力的人来说，激光是非接触应用的可靠选择。它更经济，通常只需花费相机系统价格的25％。它能够检测和测量以任何速度旋转的工具，从而减少了循环时间。而且，它非常灵活。



例如，在诸如瑞士自动机械之类的机器上，无法使用工具，并且几乎不存在用于安装工具设定器或破损检测器的空间，仍然可以使用激光进行一些创新。一位客户建造了一个特殊的支架，可将激光放置在机床主轴上，以测量所有刀具。显然，该系统会中断生产，但是事实证明，该系统对于该特定应用而言具有成本效益。

另一位客户使用定制支架在台架上安装了激光，仅能测量一些关键工具。同样，这不是一个全面的解决方案，但事实证明，此应用程序具有成本效益。

在VMC上安装激光器通常并不困难。大多数应用只需要简单地将激光器甚至触摸设置器安装到固定在桌子上的凸起块上。

在HMC上安装激光器要困难一些，因为激光器需要与经常旋转和/或装有货盘的工作台一起移动。激光系统的一个组件，无论是发射器还是接收器，都需要位于工作台顶部下方以提供间隙，而另一组件则需要位于工作台上方足够高的高度以清除工件顶部。典型的解决方案包括一侧长于另一侧的电动“弹出式”或“门柱式”支架。这些几乎都是无线解决方案。

其他非接触技术

值得一提的还有三种其他的工具检测和工具破损预防方法。一种是使用声发射传感器来检测小型工具的破损。第二个是振动传感器的类似应用。第三是使用冷却液流量监控以防止破裂。这三者都是利基技术，在其利基市场中很有价值。

如果声音传感器位于正确的位置，它可以检测到工具破裂时发出的典型10至400 Hz声音。这对于在多个工具头上使用1-mm至2-mm范围内的小型工具同时使用多达20个工具的应用中特别有用。

所有工具都必须在相同直径的近20％之内，否则将需要多个传感器。传感器本身可以安装在机器上或固定装置上，具体取决于特定的应用参数。

对于具有许多活动部件（例如瑞士自动装置）的紧凑型机器，振动感应是最佳的解决方案。在这里，机器噪声掩盖了刀具断裂的声音，但是一轴，二轴或三轴振动传感器仍可以检测到刀具断裂的特征。此应用程序通常需要使用多个传感器，每个幻灯片一个。

最后，对于小直径深孔喷枪作业，监控冷却液流量可以及时发现工具破损，以防止破损。由于在这些操作中造成工具损坏的最常见原因是切屑清除不完全，因此监控冷却液流向将提供即将发生的工具故障的准确指示。

从可用的选项中选择最佳的对刀，监控和破损检测技术是一项艰巨的挑战。但是，如果更好地了解了可用选择的相对优势和好处，那么您可以信心满满地应对这一挑战。