從-100℃到+200℃的溫度，各種振動(dòng)、碰撞——來(lái)自瑞士薩克瑟恩的Maxon電機工作在zui為嚴苛的條件下：NASA的火星探測器勇氣號和機遇號，都分別裝備了39個(gè) Maxon電機，它們已經(jīng)在那顆紅色星球上穩定可靠地工作了十多年。作為傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，微型系統中微型行星齒輪的質(zhì)量需要達到zui高標準，那么，如何保證模數僅有0.12的微小齒輪質(zhì)量呢？
Maxon Motor公司的微型電機模塊包括電機、齒輪箱、傳感器和控制電子元件等，這些模塊可組合成直徑僅為6mm的微型驅動(dòng)單元。在這種6mm的GP6行星微型驅動(dòng)器中，有一個(gè)模數為0.12的注塑齒輪，齒頂直徑是1.908mm，齒根直徑是1.347mm，材料為Drlin 100 （題圖），要精確測量這個(gè)齒輪，對Maxon Motor來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰。
顯然，傳統的觸發(fā)式和掃描式探針無(wú)法解決這一難題，因為傳統探針的探針球直徑太大，無(wú)法深入到齒根；而如果使用純光學(xué)的方式測量，光學(xué)傳感器無(wú)法測量到微型齒輪的齒面。
起初，Maxon Motor主要采用標準雙面嚙合齒輪滾動(dòng)檢測，這是針對直齒輪和行星齒輪的傳統檢測方法，需要主齒輪和測試齒輪以較小的壓力接觸，然后無(wú)間隙嚙合旋轉一周，zui后由軟件分析出圓心距的變化和運動(dòng)的一致性。然而對于模數0.12的塑料齒輪來(lái)說(shuō)，這種檢測方法存在問(wèn)題，因為即使是一丁點(diǎn)壓力，都會(huì )使微小的塑料輪齒發(fā)生形變，從而導致錯誤的結果。
zui終，Maxon Motor的質(zhì)量團隊在惟德公司找到了適合微型齒輪測量的可靠解決方案。他們選用了惟德公司的高精度復合式三坐標測量機Werth VideoCheck® HA 。在良好環(huán)境條件下，該機器使用圖像處理傳感器可以達到雙向zui大允許誤差僅為（0.5 + L/900）μm。另外，Maxon還選擇了10 倍遠心鏡頭，觸發(fā)式探針TP200，惟德光學(xué)變焦鏡頭Werth Zoom，以及惟德專(zhuān)li的光纖探針WFP和 WinWerth® 齒輪測量軟件包。
惟德光纖探針Werth Fiber Probe
WFP 由一根玻璃光纖和其頂端直徑為20μm 的探針球組成。與傳統的接觸式測量方法相比，光纖探針的作用基礎是“接觸—光學(xué)”測量。其探針桿不是用來(lái)向探針頭傳輸機械信號，而僅用于定位探針球。探針球的位置由圖像處理器通過(guò)遠心鏡頭以光學(xué)的方式捕捉到，因此，WFP能夠以超高精度（接觸偏差≤ 0.3 μm）測量幾何微型特征。與傳統的探針一樣，軟件通過(guò)探針球半徑來(lái)計算相應的測量點(diǎn)。因為探針桿非常細，接觸力< 1 μN, 幾乎可以忽略不計，所以，即使是zui敏感的塑料齒輪也不會(huì )接觸變形。
圖：2D光纖探針掃描齒輪（光纖探針球直徑133µm）
針對模具修正的輪廓比對功能
另外一個(gè)優(yōu)勢是，不需要復雜的夾具，所以零件所受外力幾乎為零。測量時(shí)，只需要將小齒輪用一片膠帶固定在測量臺的基座上，然后使用光學(xué)傳感器捕捉輪齒的外形輪廓。WinWerth®測量軟件包用二維數據計算出光纖探針在掃描時(shí)要經(jīng)過(guò)的路徑，使掃描更快。由于齒輪的高度約為1mm，所以在掃描輪齒外形輪廓時(shí)，測量工程師將光纖探針的深度設置為接觸齒輪的*區域-0.5mm。這個(gè)區域是任何別的方法無(wú)法到達的。zui后，通過(guò)使用同種方法測量軸座直徑，也可測量這些齒輪的徑向跳動(dòng)。
掃描精度高于1μm，可以得出高點(diǎn)密度的輪廓，實(shí)際輪廓在3D-CAD對照中可以形象化，以顏色編碼偏差的方式顯示出來(lái)。這個(gè)分析對模具車(chē)間很有意義，因為能夠在發(fā)生偏差的時(shí)候，精準地在偏差位置修正模具。
圖：通過(guò)WFP 2D掃描的輪廓和CAD模型的顏色偏差比對
功能強大、簡(jiǎn)單易用的軟件
的齒輪測量程序*集成在WinWerth®軟件包中。在輸入測量數據后，測量順序、測量路徑等會(huì )全自動(dòng)生成并執行。軟件會(huì )計算典型的輪齒輪廓偏差，例如漸開(kāi)線(xiàn)和齒面偏差、單個(gè)和累積傾斜、表面斷層掃描、輪齒厚度偏差和徑向跳動(dòng)等，每個(gè)樣品的測量時(shí)間大約是十分鐘。
zui終，由于*檢測和過(guò)程評估的雙雙改進(jìn)，模具車(chē)間的修正周期得以縮短，同時(shí)針對系列產(chǎn)品的檢測花費也大幅削減。Maxon Motor研發(fā)主管Roland Rossacher 對此十分滿(mǎn)意：“我們有幾千個(gè)這種齒輪在投用，而惟德測量對此功不可沒(méi)“ 。
如您有小模數及微小模數齒輪測量難題，歡迎咨詢(xún)丹青公司，我們將為您提供一套完整的測量解決方案。