如何確保微型系統(tǒng)中的微型行星齒輪的質(zhì)量？一臺(tái)多傳感器三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，一個(gè)光纖探針，以及一套軟件使之成為可能——運(yùn)用掃描，甚至可以依照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)快速地測(cè)量齒廓曲面。

從-100℃到+200℃的極端溫度，振動(dòng)，碰撞——來(lái)自瑞士薩克瑟恩的maxon 電機(jī)在為嚴(yán)苛的條件下可靠地完成了作業(yè)。這使得他們成為了非同尋常和具挑戰(zhàn)性行業(yè)和應(yīng)用的優(yōu)選，例如太空探索：比如NASA的火星漫步者勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)，都分別裝備了39個(gè) maxon電機(jī)。十多年來(lái)，他們一直在那顆紅色星球上艱苦的條件下穩(wěn)定地工作著。

  在地球上， maxon DC電機(jī)在高達(dá)90％的機(jī)械效率下運(yùn)行。它們被應(yīng)用于天線，無(wú)線電桿，船舶和航空器上以提供暢通的通信。它們應(yīng)用在減震器上；應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，提升生產(chǎn)自動(dòng)化；應(yīng)用在外科手術(shù)中，幫助矯正視力問(wèn)題，為糖尿病病人提供確切的胰島素劑量。

微型化的趨勢(shì)體現(xiàn)在各行各業(yè)。這意味著電機(jī)元件必須越來(lái)越小。Maxon 電機(jī)以微型驅(qū)動(dòng)器為名發(fā)布了模塊系列，包括電機(jī)，變速箱，傳感器，和控制電子元件等，這些模塊可組合成直徑僅為6 mm的微型驅(qū)動(dòng)單元。

即便是這些微型化單元和它們的微型部件仍需要追求高質(zhì)量要求——這是maxon的傳統(tǒng)。1988年，Maxon公司獲得了ISO 9001認(rèn)證。如今電機(jī)制造商們也執(zhí)行各種其他的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括為航空航天行業(yè)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)商制定的EN 9100標(biāo)準(zhǔn)。Maxon的醫(yī)療商業(yè)集團(tuán)通過(guò)了ISO 13485 醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，這證明所有的過(guò)程和步驟都是記錄在案且能夠保證可追溯性的。

Roland Rossacher，技術(shù)研發(fā)部主管，已經(jīng)負(fù)責(zé)自控馬達(dá)質(zhì)量保證超過(guò)20多年了。他說(shuō)：“我們的認(rèn)證意味著我們有義務(wù)測(cè)試哪怕小的驅(qū)動(dòng)部件。測(cè)量塑料材質(zhì)的0.12模數(shù)的注塑齒輪（用在6mm直徑的GP6 行星齒輪箱）是一個(gè)困難的挑戰(zhàn)?！?/span>

幾年前，質(zhì)量管理部主管和他的團(tuán)隊(duì)不得不尋找合適的測(cè)量設(shè)備和手段詳細(xì)地檢測(cè)微型齒形部件的設(shè)計(jì)要求。Adrian Burch，裝配測(cè)試部門(mén)的質(zhì)量保證主管，專注于這個(gè)目標(biāo)。熟練的**技工總結(jié)了這些要求：“我們需要測(cè)量報(bào)告使我們的模具間能制定有效的修正并且能生產(chǎn)一系列高精密注塑模具且僅需少可能的修正循環(huán)。測(cè)量也必須適合微小齒輪的首檢和大量樣品的測(cè)試?！?/span>

微型齒輪的模塑、生產(chǎn)和測(cè)量是自控馬達(dá)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，位于瑞士Sachseln的工廠總部。在生產(chǎn)區(qū)域的微型EDM機(jī)床使用0.02到0.2mm直徑的電線來(lái)把模子注塑到需要的齒面上。在微型注塑模具生產(chǎn)線上，多達(dá)8個(gè)空腔模具生產(chǎn)塑料齒輪。

早前，Maxon motor 在輪齒測(cè)量時(shí)主要采用標(biāo)準(zhǔn)雙面嚙合齒輪滾動(dòng)檢測(cè)。這是一種針對(duì)直齒輪和行星齒輪的傳統(tǒng)檢測(cè)方法，在VDI/VDE 2608 標(biāo)準(zhǔn)中有詳述。每種輪齒樣式都需要一個(gè)特殊的主齒輪。主齒輪和測(cè)試齒輪以較小壓力接觸，然后嚙合并旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)齒輪無(wú)間隙嚙合并轉(zhuǎn)動(dòng)一周。接著由軟件測(cè)量和分析出圓心距的變化和運(yùn)動(dòng)一致性。然而對(duì)于模數(shù)0.12 的小塑料齒輪來(lái)說(shuō)，雙面嚙合齒輪滾動(dòng)檢測(cè)的方法是有問(wèn)題的。因?yàn)樯踔潦且欢↑c(diǎn)的壓力都會(huì)使微小的輪齒形變，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

Adrian Burch 認(rèn)為，顯然傳統(tǒng)的接觸觸發(fā)式探針和掃描探針等接觸式測(cè)量方法都無(wú)法解決上述問(wèn)題?！斑@里我們還是需要在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生接觸力，以生成探針的探測(cè)信號(hào)。同時(shí)這類(lèi)探針球的直徑對(duì)于微小齒面的測(cè)量來(lái)說(shuō)，還是太大，無(wú)法深入到齒根圓?！睆母旧蟻?lái)說(shuō)，只有光學(xué)方法適合這種測(cè)量任務(wù)，但是光學(xué)傳感器無(wú)法接近微型齒輪的齒面。

GP6行星變速箱中有圖中這樣的微小行星齒輪。測(cè)量它們是一項(xiàng)挑戰(zhàn)：模數(shù)

0.12的小齒輪，齒頂直徑1.908 mm，齒根直徑1.347 mm，13個(gè)輪齒，材

料為Delrin 100。圖片來(lái)源：Maxon motor)

Burch 先生的質(zhì)量團(tuán)隊(duì)終在惟德測(cè)量技術(shù)有限公司（Werth Messtechnik）找到了適合測(cè)量微型齒輪的可靠解決方案。惟德公司位于德國(guó)吉森，是三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，擁有多種光學(xué)傳感器，復(fù)合式傳感器系統(tǒng)，X 射線斷層掃描技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，當(dāng)然也包括對(duì)微型特征進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)。

Maxon motor 的質(zhì)量團(tuán)隊(duì)決定用高精度的WerthVideoCheck® HA 復(fù)合式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。選擇這一機(jī)器的原因是，在實(shí)驗(yàn)室條件下，使用圖像處理傳感器可以達(dá)到雙向大允許誤差僅為（0.5 + L/900）μm。他們選擇了10 倍遠(yuǎn)心鏡頭，觸發(fā)式探針TP200，惟德光學(xué)變焦鏡頭，**產(chǎn)品惟德光纖探針（WFP）和 WinWerth® 齒輪測(cè)量軟件包?！按偈刮覀冏龀鲞@一決定的主要原因是惟德光纖探針”，Roland Rossacher 解釋道，“我們甚至能夠用它對(duì)微型齒輪齒面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，包括在掃描模式下?！?/span>

WFP 由一根玻璃光纖和其頂端直徑為20μm 的探針球組成。與傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法相比，光纖探針的作用基礎(chǔ)是接觸-光學(xué)測(cè)量。其探針桿不再是用來(lái)向探針頭傳輸機(jī)械信號(hào)，而僅是用來(lái)定位微小的探針球。探針球的位置由圖像處理器通過(guò)遠(yuǎn)心鏡頭以光學(xué)的方式捕捉到。這使得使用微小探針以相應(yīng)的高精度（接觸偏差≤ 0.3 μm）測(cè)量幾何特征成為可能。與傳統(tǒng)的探針一樣，軟件通過(guò)探針球半徑來(lái)計(jì)算相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)。因?yàn)樘结槜U非常細(xì)，所以接觸力幾乎可以忽略不計(jì)，即便對(duì)小的探針球來(lái)說(shuō)也是這樣。因此，即使是敏感的塑料齒輪也不會(huì)變形。

WFP光纖探針是高精密應(yīng)用中的微型探針。它使極度微小的幾何體以極小測(cè)力和高精密的測(cè)量成為了可能。

另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，不需要復(fù)雜的夾具，因?yàn)楣ぜ?span style="margin:0px;padding:0px;color:#000000;line-height:1.6;font-family:微軟雅黑,Microsoft YaHei;font-size:16px;">受外力幾乎為零。Ralf Nutto，測(cè)量工程師，已經(jīng)負(fù)責(zé)使用Werth VideoCheck® HA 進(jìn)行測(cè)量?jī)赡炅?。他解釋說(shuō)：“我們只需要將小齒輪用一片膠帶固定在測(cè)量臺(tái)的基座上，然后使用光學(xué)傳感器捕捉輪齒的外形輪廓。” WinWerth®測(cè)量軟件包用二維數(shù)據(jù)計(jì)算光纖探針在掃描時(shí)要經(jīng)過(guò)的路徑，因?yàn)楣饫w探針也可以掃描未知的輪廓，當(dāng)指定路徑不是嚴(yán)格需要時(shí)，沿著預(yù)設(shè)的路徑掃描會(huì)更快。由于齒輪的高度約為1mm，所以在掃描輪齒外形輪廓時(shí)，測(cè)量工程師將光纖探針的深度設(shè)置為接觸齒輪的佳區(qū)域-0.5mm。這個(gè)區(qū)域是任何別的方法無(wú)法到達(dá)的。后，通過(guò)使用同種方法測(cè)量軸座直徑，也可測(cè)量這些齒輪的徑向跳動(dòng)。

掃描以高于1μm 的精度為輪廓提供很高的點(diǎn)密度，實(shí)際的輪廓在3D-CAD 對(duì)照中可以形象化，成為一個(gè)基于CAD 數(shù)據(jù)集的顏色編碼偏差圖。這個(gè)分析對(duì)模具車(chē)間很有意義，因?yàn)槟軌蛟诎l(fā)生偏差的時(shí)候，**地在偏差位置修正模具。

組裝檢測(cè)QA 的主管，Adrian Burch，對(duì)測(cè)量時(shí)間也非常滿意?！懊總€(gè)樣品的測(cè)量時(shí)間大約是十分鐘，但為每種類(lèi)型的齒輪進(jìn)行一次性編程花費(fèi)的時(shí)間稍微長(zhǎng)一點(diǎn)。程序編好后我們會(huì)離線分析數(shù)據(jù)。”對(duì)他和技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)主管 Roland Rossacher 來(lái)說(shuō)，在maxon motor 推廣包括用光纖進(jìn)行測(cè)量齒輪的專項(xiàng)技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是非常值得的。 終，由于首件檢測(cè)和過(guò)程評(píng)估的雙雙改進(jìn)，模具車(chē)間的修正周期得以縮短，同時(shí)針對(duì)系列產(chǎn)品的檢測(cè)花費(fèi)也大幅削減。Roland Rossacher 對(duì)此十分滿意：“我們有幾千個(gè)這種齒輪在投用， 而測(cè)量對(duì)此功不可沒(méi)“ 。

Roland Rossacher （左）, maxon motor 技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)主管， Adrian Burch, 組裝檢測(cè)QA 部門(mén)主管（右）用打印的顏色編碼偏差圖評(píng)估測(cè)量數(shù)據(jù)。