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什么是激光跟踪仪?

流行的格言——“如果没有坏,就不要修理”(If it ain’t broke, don’t fix it)——虽然经常被奉为忠告,但在制造工厂的背景下可能并不适用。
在大规模生产的世界里,机器每天都在执行重复的任务,以生产大量相同的产品。由于生产量至关重要,必须定期检查机器的对准状态,以确保制造过程不会中断。

当制造过程因机器对准不当而停止时,企业面临着时间延误和废料造成的重大投资损失风险。然而,如果企业仔细进行预防性维护,就可以避免这些成本,从而大幅减少设备故障或停机的可能性。

事实上,通过采取预防性维护措施,质量管理部门还可以更好地确保出厂产品符合质量标准,因为维护良好的机器是制造过程的基础。此外,机器对准还能显著延长工具的使用寿命,而更换这些工具往往成本高昂。正因为如此,企业发现有必要定期且高效地进行机器对准。

单一用途工具 vs 多功能设备

过去,企业依赖传统的对准方法,使用如技师水平仪、钢丝或拉紧钢丝以及光学设备(例如孔镜、经纬仪等)等工具。虽然这些工具在大多数情况下效果不错,但它们通常只能执行单一的专用功能。使用这些方法,校准和对准通常需要耗费数天甚至数周时间完成。此外,往往需要多种仪器,这意味着更高的成本和每个步骤中更多的设置时间。

自然地,企业开始寻求更好、更快的机器对准方法。上世纪90年代初,激光跟踪仪在工业测量中的使用开始普及。与传统方法相比,激光跟踪仪是一种功能强大的设备,可以在更短的时间内执行多种测量任务,只需点击按钮即可采集X、Y、Z坐标。

这种设备结合了多种传统工具的功能,包括:检查垂直度、水平度、方正度和平行度;验证和执行旋转轴及多轴头的定位检查;在没有旋转床的情况下重新定位台面上的部件;实时调整机床床身、导轨和滑道;以及测量孔对准、联轴器和轴对准。更重要的是,激光跟踪仪可以在三维(3D)空间中捕获数据点,为用户提供更高的精度和更强的数据使用灵活性。

激光跟踪仪的基本工作原理

激光跟踪仪是一种基于3D坐标技术的便携式坐标测量机(CMM)。从本质上讲,这些设备提供了CMM的优势,同时具备便携性,允许用户根据需要随时随地使用。激光跟踪仪专为处理较大的工作体积而设计,能够在较长的距离内提供极其精确的测量。简单来说,激光跟踪仪通过每次测量时测量两个角度和一个距离,来确定球面空间中目标的精确位置。

它通过向反射目标发送激光束来实现这一点,该目标必须紧贴被测物体。返回的激光束重新进入激光跟踪仪,通过干涉测量或相位偏移分析来确定到目标的距离。
What is a Laser Tracker?

激光跟踪仪的水平和垂直角度由安装在万向光束导向机构的机械轴上的高精度角度编码器测量。
通过这两个角度测量值以及激光确定的距离,激光跟踪仪可以极高精度地报告目标探针的坐标位置。

此外,激光跟踪仪能够实时跟踪目标探针的移动。这一独特功能,加上激光跟踪仪内部每秒最多可采样16,000次,使用户可以对复杂表面进行数字化数据采集,或测量移动物体的位置。

实际上,现代激光跟踪仪的测量范围和精度令人印象深刻,为用户提供了更多的灵活性和更好的结果。例如,FARO® Laser Tracker Vantage的测量范围为80米(双向160米),在这一范围内,其测量精度可达39微米(0.039mm / 0.001″)。Vantage重量不到18公斤,便携性强,能够灵活地在工厂内任何位置测量大型部件,从而帮助制造商以更少的设备移动和更短的操作流程,实现前所未有的速度和效率。

激光跟踪仪在机器对准场景中的应用

美国机械工程学会(ASME)制定了一套标准,明确了如何使用激光跟踪仪对机床进行检查和对准的方法。以下是一些关于在各种加工中心、机械设备和其他设备上进行对准的案例。

ASME B5.54-2005《数控加工中心性能评估方法》

加工中心

卧式/立式加工机、桥式、立柱式或龙门式机床

在这些机床上,激光跟踪仪可用于检查表面水平度、直线度、平面度和方正度。目标探针放置在机床床台上进行测量,用户可以实时调整,或在调整床台之前获取完整的数据点集。

对于工具对准,目标探针可以放置在加工中心的主轴、卡盘或主轴套筒中。也可以将探针放在直接安装到钻头上的插销座上进行测量。此外,还可以将探针放置在“圆盘”或漂移座中,并粘附在移动床台上。随着机床在一系列运动中运行,探针采集3D数据点以检查对准问题。除了检查机床床台外,激光跟踪仪还可以用于检查垂直度、水平度,或确保导轨的平行性。此外,还可进行3D体积精度检查和机床重新映射。

镗床、精密镗床、龙门钻、数控雕刻机和车床

在这些机床上,也可以进行水平度、方正度、对准和3D体积精度检查。对于车床,激光跟踪仪可以通过跟踪安装在主轴箱上的漂移座中的探针来进行转动中心对准。数据点会在主轴箱逐步向尾座方向旋转时采集,并根据测量结果调整尾座与主轴箱的对准。

机械设备

压力机 – 压板、冲压机和折弯机

在压力机上,激光跟踪仪非常适合检查立柱的垂直度和平行度,以及压板的平行度。测量每根立柱两侧平面的端点,确保立柱与平面之间成直角,并保证平面之间的平行度。任何偏差都可以根据测量结果进行校正。

轧辊

激光跟踪仪在轧辊机械中进行轴对准检查也非常有效。轴的对准和方向必须正确,才能正常工作。激光跟踪仪可以轻松检查单个或多个轧辊的对准状况。在测量过程中可实时进行调整,将探针放在滚筒的两端采集数据点,软件分析后指示如何调整以恢复对准。

其他设备

机器人校准

在这种应用中,机器人“握持”目标探针,同时进行测量。激光跟踪仪动态跟踪目标探针,记录机器人沿编程路径移动时的数据点。通过分析数据点,用户可以判断机器人偏离标准路径的程度,并据此进行重新映射、校准或误差补偿,从而使机器人准确地完成各个动作。

传动轴系统 – 包括变速箱、轴和联轴器

在电力设备(如传动轴系统)的组装过程中,激光跟踪仪可以确保组件根据设计正确对齐。激光跟踪仪通过磁铁固定在机器侧面,以便对所有目标特征保持直接视线。这样,激光跟踪仪可以在机床上对传动轴进行测量,检查结果显示后,可在不拆卸设备的情况下进行调整,节省时间,避免返工。

显然,激光跟踪仪是预防性维护的重要辅助工具,能够减少停机时间、节约成本并提高产品质量。激光跟踪仪具有多种功能,可以有效取代多种手工工具,随时在车间内部署。在Select Laser Alignment,我们拥有利用激光跟踪仪的丰富经验,能够随时随地为您提供设备对准服务。欢迎联系我们!

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