多传感器——工业4.0不可或缺的一部分
如今，先进的制造商正朝着工业4.0趋势发展，从而改变了业务运行方式。更加强调从生产和质量来源访问实时数据。更快，更集成的数据收集是重中之重，同时还降低了成本并加快了产品上市时间。
先进的多传感器测量系统可提供数据收集的多功能性，是工业4.0过程的不可或缺的组成部分。
为什么使用多传感器？
当多功能性不是首选时，多传感器测量系统至关重要。与单个传感器系统在一种设置中相比，多传感器系统可以在单个设置中处理更多的测量，这可以在提高生产率的同时将测量不确定性降至最低。
智能制造是紧密集成机器和测量系统的能力，以便它们可以一起工作以共享信息。多传感器系统与现代3-D度量软件配合使用，能够从几乎任何部分收集测量数据，并优化设计和制造工作流程的元素。
在进行典型的首件检查时，必须测量零件上的所有特征。当面临许多尺寸和复杂几何形状的挑战时，即使使用多传感器系统减少测量时间也可以显着提高生产率。
基于视觉的多传感器系统可以通过触摸触发探针，连续接触扫描探针，点和线扫描激光器以及白光传感器的支持来执行接触和非接触数据收集。优化测量程序时，了解每种传感器的优势至关重要。在许多情况下，以后无法将其他传感器添加到测量系统中（在现场升级中），因此了解当前和将来的测量需求对于制定多传感器策略很重要。
那么，要使用哪些测量传感器？
细针式测头收集在圆柱体外表面上的点，圆柱体的外表面由绿色LED表面光照亮
多传感器技术
视觉计量可提供通用且准确的测量结果，且生产率高。
视觉计量学（有时称为“视频计量学”）是一种非接触式测量方法，可以快速测量呈现出明显边缘的特征。这对于某些类型的零件或材料可能特别有用，这些零件或材料可能具有无法承受触觉探测的柔性或易碎特征，并且由于触觉测量一次捕获一个数据点，因此视觉速度要快得多。当存在高密度的功能（可能无法通过测头轻松访问）时，同样适用。具有优良功能的大型零件是最具挑战性的测量方法，也是扩大检验范围的机会，而不仅仅是使用单个传感器系统。
先进的视觉计量系统可以提供全远心光学。远心性是一种光学特性，可确保图像大小恒定，而不管视野中的位置如何，因此可以精确测量。该技术属性可能会对生产率和测量精度产生重大影响，因为用户可以测量地形丰富的对象，而不必为每个表面和特征重新建立焦点。（制造商对此重要特征有很多含糊的声明；在做出购买决定之前，应对这些声明进行彻底的调查。）
视觉计量系统可能还包括单倍或双倍放大光学镜或变焦镜头，其中一些具有自动校准功能。努力使系统光学器件与预期的零件特征尺寸和测量精度需求相匹配。
上述高级光学选项是基于视觉的多传感器系统价格差异较大的原因之一。
激光是一种流行且用途广泛的非接触式测量传感器，可以快速而准确地测量特征高度或深度以及表面。某些基于视觉的计量系统会根据预期的零件特征类型和要测量的尺寸提供多种激光选项。激光测距传感器通常使用发射器和检测器之间的三角测量来测量特征，而激光成像的反射角是衡量特定特征的能力的关键因素。透镜（TTL）激光器完全集成在现有的光学系统中。某些TTL激光传感器的陡峭成像角度有助于延长工作距离，并可以访问凹入或位于垂直表面附近的表面特征。
另一个传感器选项是干涉式距离传感器。这项技术可提供亚微米级（<0.1 μm）范围内的测量点分辨率，并且在镜面和光散射扩散表面上均具有出色的性能。这种类型的传感器快速，准确，并且由于其陡峭的返回角，非常适合表面轮廓或深孔或盲孔的测量。
色共聚焦传感器是另一种非接触式测量技术。这种白光传感器有时被称为彩虹探针，是一种电光设备，可以通过分析返回光的光谱来测量表面而不接触。此类探针对于测量其他非接触式方法可能无法检测到的半透明特征特别有用。
在测量过程中，触觉传感器会物理接触零件。使用触摸触发探针，您可以准确地测量难以成像的零件特征或视觉系统无法访问的表面边界。接触式触发探针通常一次测量一个点。测头是CMM上最常见的传感器。使用CMM时，将使用每个传感器的传感器更换架来访问多个传感器。选择每个传感器后，CMM会拾取该传感器，重新校准，然后开始测量。
铰接式多传感器集群等新创新技术可立即提供多个传感器的可用性，而不必等待每个传感器的切换或重新校准。任何时候都可以使用多个传感器，并且可以在不需要更换传感器的情况下激活所需的传感器。此外，无需每次使用不同的传感器时都进行重新校准。当使用多个传感器进行测量时，此现代CMM功能可显着提高吞吐量。
使用先进的3D计量软件，扫描测头可以快速跟踪零件表面轮廓，并以用户定义的速度和数据采样率收集许多数据点。扫描探针在修圆曲线时会自动调整点密度，并且在编程时可以测量“未知”特征。
看起来与接触式探针类似但尺寸较小的另一种类型的探针有时称为羽毛探针。它用于访问可能会变形的非常精细或易碎的特征，例如焊点或涂层。通过共振频率变化阈值激活测量触发点，从而以极小的物理接触收集数据点。
用于扩散表面扫描关键组件的点激光器
与计量软件结合，提高性能
对于任何多传感器测量系统，先进的计量软件都是关键要素。
计量软件为用户提供了一种与测量系统交互的方式-控制，监视，显示和报告测量过程的各个方面。它的界面清楚地显示了零件，传感器，基准线对齐和机床之间的3D关系。
在多传感器系统中，另一个重要的功能是校准多种类型的探头和光学器件的能力，以确保所有传感器都参考同一个坐标系，并且该软件可以接受从任何传感器获取的点。
通常，先进的度量软件可能需要开发针对每个零件的测量例程，但是几乎所有测量机器制造商都提供可简化此过程的自动软件工具。最好的计量软件充分利用了CAD模型和其他创新功能，可自动轻松地生成测量程序。在执行测量例程时，可以将收集的数据集成到工作流自动化过程中。
作为工业4.0实施的一部分，测量数据的广泛使用可能包括制造工艺优化和GD＆T公差分析。提供了许多兼容的第三方软件包，这些软件包可以添加此功能，以及更多功能。一些高级度量软件可能会将部分外围功能直接集成到基本程序包中。
每当软件包添加新功能时，额外的学习曲线就可能成为要解决的问题，并且可能需要很长的时间才能收回时间和精力。大多数软件供应商都提供培训，尽管额外的费用可能是重要的拥有成本因素，但确保获得新的和/或附加的软件功能的全部好处可能是一项明智的投资。
结语
多传感器计量系统已经使用了25年以上，是主流的测量解决方案。
多传感器系统的关键质量符合不断发展的工业4.0需求，即测量数据集成，拥有成本和多功能性。在一种设置中测量更多尺寸的能力可降低测量不确定度，提高生产率和实时数据。与多个单传感器机器的总成本相比，这些机器通常具有较低的拥有成本。
多传感器测量系统应该成为制造过程的一部分，并且是现在和将来装备精良的计量工具箱的“必备条件”。
