分析與量化 – 4D 動態光學測量儀器

混合半徑

曾瀞寬 — Sun, 23 Jun 2024 11:43:41 +0000

混和半徑

在製造零件上，進行返工和翻新時，在去除缺陷（通常指經過研磨）後進行混合半徑測量，然後透過增材工藝重新填充材料，然後對新材料進行成型、研磨和拋光，以達到最佳效果。

混合半徑測量能夠檢查與周圍原始表面的高度和形狀的修復成效。 4D InSpec 的三維測量能夠評估新舊表面之間的介面。每個 4D InSpec 軟體包中都有內建特徵分析的功能，可查找和量化符合高度、深度、寬度等自訂參數的表面特徵，並以此為根據來確定零件是否符合規格。

每個 4D InSpec 軟體包中都有內建特徵分析的功能，可查找和量化符合高度、深度、寬度等自訂參數的表面特徵，並以此為根據來確定零件是否符合規格。

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Learn why curved surfaces present a special challenge, and how to overcome them when making your measurements.

Learn why transparent and shiny surfaces present a special challenge, and how to make good measurements with 4D InSpec.

毛刺和材料位移

曾瀞寬 — Sun, 23 Jun 2024 11:28:13 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

毛刺和材料位移

毛刺：

在製造、損壞或持續使用過程中，材料無可避免的會發生位移，而產生的碎片會影響性能、加速磨損甚至造成傷害。鋒利的毛刺可能源自於製造過程中的損壞、持續磨損或是在高應力應用中的剝落物。毛邊可能會損壞配合面，也可能會鬆脫並損壞系統中的其他零件。此外，毛刺也可能會對製造人員和用戶造成危險。

4D InSpec 表面測量儀可讓您在大視野範圍內辨識表面上是否有毛刺。輕鬆定位、計算在邊緣、孔、倒角以及難以觸及區域的毛刺。

刮痕、刻痕和凹凸不平的表面

當看到刮痕、刻痕和凹凸不平等表面缺陷時，會讓人覺得是這些是移除材料後留下的空隙所造成的。但在許多情況下，材料被迫向上，和配合面產生摩擦導致表面缺陷產生。凸起的材料會產生熱量，損壞配合面並影響性能。4D InSpec 讓您量化材料位移的位置和數量。使用可調式閾值來確定高於表面或高於指定垂直限制的材料量。

如何找出大面積的表面缺陷

4D InSpec 的大視野（0.3 x 0.3 英寸，7 x 7 毫米）和景深（高達 0.1 英寸，2.5 毫米）讓您能夠在幾秒鐘內發現多個毛刺和移位材料區域。透過一次測量即可捕捉材料位移所留下的凹痕和刮痕的深度、體積及表面。若有近一步的需求，4D InSpec XL 具有更大的視野（0.6 英寸 x 0.6 英寸（15 毫米 x 15 毫米））和更大的景深0.35 英寸（9 毫米）。

3D光學測量能提供定量的生產數據

3D光學測量提供表面缺陷的定量測量，減少測量時間，並提高準確性和可重複性。傳統的光學測量系統僅能在計量實驗室中使用，其測量較大元件的用途被限制了。然而，4D InSpec 表面測量儀是一款一鍵式的手持式設備，可快速測量刮痕、刻痕、凹凸和其他缺陷。 4D InSpec 專為生產和維修設施中的車間測量而設計。

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A published paper on how best to get a measurement from a chamfered surface or a corner that needs edge break.

倒角

曾瀞寬 — Sun, 23 Jun 2024 06:22:28 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

倒角

在精密加工零件上使用倒角可以：

減少下零件的斷裂點（在高應力情況下）
控制葉片和噴嘴等零件上的氣流
確保零件間彼此契合，尤其是精密扣件
降低尖銳邊緣造成傷害的機率。

我們需要準確、一致和定量地測量倒角。

倒角目視檢查

直邊倒角最常透過與楔塊（已知角度）的目視比較來鑑定。根據檢驗員的經驗來判斷該組件是否符合標準。目視檢查雖然快速方便，但會受到對準、照明和其他因素的影響。更重要的是，目視檢查未提供定量數據。定性結果對於某些應用可能足夠，但對某些重要零件來說仍然不夠，例如在飛機、發動機、核管中使用的零件。

探針式分析（Stylus profiling）測量結果容易受到影響

最常見的倒角測量方法是 2D 觸針輪廓儀。探針系統可以是工作站的內建系統，也可以是直接放置在組件上的便攜式儀器。2D輪廓儀雖然提供了快速測量方法，但也有幾個缺點：

一次只能測量一條痕跡，不足以定義平面。需要多次測量
測量速度較慢，通常需要 30 分鐘以上才能獲得一條高品質的跡線(trace)，而要獲取多條跡線以進行充分採樣則需要更長的時間。
測量結果容易受到測量角度變化的影響。
垂直範圍有限，無法測量較大的倒角。

這些限制意味著需要進行多次測量（或需要多名檢查員）才能獲得足夠的數據來正確評估倒角。

3D光學測量提供定量生產數據

精密加工零件製造商依靠非接觸式的3D 光學量測來量化倒角的幾何形狀。 3D 光學測量可提供定量結果、縮短測量時間並提高準確性和可重複性，此外，它還消除了對準誤差。

Video: Measuring Chamfers and Edge Radius with 4D InSpec

如何計算倒角的幾何形狀

3D 測量的一大優點是能夠基於最佳擬合平面來計算幾何形狀。透過方程式來消除對齊變異性極大地提高了測量的可重複性。透過單次測量即可快速取得倒角尺寸、角度和其他數據。

4D InSpec 測量儀採用偏振結構光，這是一種在 2.5 毫米垂直範圍內垂直解析度優於 2 微米的測量技術。您可以獲得足夠的分辨率，也可以用儀表來測量大多數精密加工零件的倒角，這些零件通常需要 150-300 微米的公差。

在下圖中，我們正使用4D InSpec 來測量通孔頂部的倒角。

下圖是 4D InSpec 軟體中顯示的數據結果。

4D InSpec XL 能測量更大的倒角

4D InSpec XL 提供微米級解析度、便攜性和易用性，且具有更大的視野和更高的掃描範圍。測量寬度達 0.6 英吋 x 0.6 英吋（15 毫米），能在一秒內迅速的報告測量結果。

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A published scientific paper on measuring edge break and chamfers using 4D InSpec.

凹痕

曾瀞寬 — Sun, 23 Jun 2024 06:12:20 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

凹痕

三維測量大大改善了對凹痕的量測。透過使用0.3 x 0.3 inch (7 x 7 mm）的視野或測量範圍更廣的4D InSpec XL，您可以測量大量凹痕。產品的景深為 0.1″ (2.5 mm) （XL 為0.35″ or 9mm），這表示不管是凹痕的底部還是表面您都可以看到。此外，軟體中內建的分析工具可以立即回報在測量中所發現的凹痕，是否會對零件產生影響。

在上圖中，左側的偽色圖顯示了凹痕邊緣的毛刺。特徵統計表將凹痕區和毛刺及其附近的刮痕隔離開來，並報告凹線區的深度（-5.101 mils）及其面積（7714 square mils）。表格甚至計算了凹痕的體積及其寬度（115.9 mils）。4D InSpec XL進行這樣的測量和分析只需幾秒鐘，並且可以在車間完成，無需再將零件送到實驗室做測量！

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斷面測量

曾瀞寬 — Sun, 23 Jun 2024 05:58:52 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

斷面

大多數精密加工表面的鋒利邊緣都會透過一種名叫「edge break」的技術來進行「斷裂」。透過將產品邊緣進行加工形成「倒角」來降低邊緣的鋒利程度。透過該技術可以延長零件的使用壽命、提高取汲安全度及保障產品的性能。

斷面有多種用途。舉例來說，倒角可以使承受高應力的零件出現斷裂點機率降低。在可能影響氣流的零件（例如：渦輪葉片、噴嘴）使用倒角，可以確保其在空氣動力上的性能。此外，在扣件（Fasteners）上使用倒角可以確保它們不會突出軸或外殼。無論是在哪種環境下，斷面都可以有效的減少鋒利邊緣及毛邊對產品所造成的傷害。

目視檢查無法量化邊緣破損

在車間通常會使用光學比較器（optical comparator）來檢查邊緣斷裂的形狀。目視檢查測試雖然快速、方便，但結果是浮動的，會因檢查員的判斷、照明和其他因素而改變，更重要的是，目視檢查無法提供可量化的數據。

單軌跡測量（Single-trace methods）對於精確測量而言變化太大

2D 便攜式觸針輪廓儀（2D portable stylus profiler）是一種常用於量化斷面和倒角形狀的儀器。儘管用途廣泛，但容易因為測量位置和角度的變化而產生誤差，如下圖所示。

觸針式輪廓儀很難在不損壞觸針尖端的情況下對鋒利邊緣進行測量。觸針輪廓儀的測量範圍有限，所以可能會無法測量到加工孔上的倒角，此外，該技術對振動非常敏感。使用單軌跡測量方法通常需要30 分鐘以上的時間來進行設定和掃描。需要花費大量時間才可以得到一條高品質的軌跡線。其他方法，例如laser-based gage guns，雖然提供了一些可以測量斷面和倒角的功能，但其使用範圍僅限於單條生產線，且仍然有對準誤差、低解析度的問題，這意味著它們無法用來測量精細的幾何形狀，也容易受到材料光潔度、反射率和斜率等因素而影響測量結果。以上各點說明該方法也容易受到外在因素的影響，進而使測量產生誤差。

3D 測量能提供準確、可重複的邊緣破損分析

4D InSpec 是一款手持式 3D 測量設備，透過使用偏振光，使儀器能夠在車間快速、簡單地對斷面、倒角、其他零件進行測量。 4D InSpec擁有高度的準確性、重複性、再現性和耐用性，也能夠在車間環境中使用，毫無疑問是一款可以提升測量效率的工具。您可以透過下圖所示的測量結果來了解其優點。該產品透過使用 3D 連接的平面來表示倒角和連接邊，基本參數不會因量具的方向而發生改變，而且所有的輪廓都是根據平面的方向來進行計算。

如何對斷面進行測量

手持式 4D InSpec 可以直接瞄準需要測量的邊緣。因為可以輕易獲得正確的距離，所以對齊很簡單（能降低對準誤差），而且對角度的測量範圍也很廣。該系統能夠即時回饋，產生對整個邊緣（而不僅僅是單一跡線）的 3D 測量結果。

需要注意的是，單純只進行 3D 測量並不足以分析斷面。關於這點，4DInSpec 隨附的軟體可將平面、圓柱體與幾何形狀進行對齊，而不是將測量視為一系列相鄰軌跡。此方法大大的提高測量的準確性，因為以數位方式來記錄結果，所以也使測量的可重複性提高。

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A published paper on how best to get a measurement from a chamfered surface or a corner that needs edge break.

This webcast is an online demonstration of edge break, and defect on surfaces.

邊緣半徑

曾瀞寬 — Fri, 21 Jun 2024 08:44:08 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

邊緣半徑

精密加工表面的鋒利邊緣可以透過將角落邊緣進行「倒角」來形成邊緣半徑。透過該方法可以使零件的使用壽命延長，使產品的性能受到保障。邊緣半徑有多種用途，舉例來說，倒角可以使承受高應力的零件出現斷裂點機率降低。此外，精確的邊緣半徑對於在航空應用至關重要，在可能會影響氣流的零件（例如：渦輪葉片、噴嘴）使用倒角，可以確保其在空氣動力學（aerodynamic performance）上的性能。無論是在哪種環境下，邊緣半徑都可以有效的減少鋒利邊緣及毛邊對產品所造成的傷害。

目視檢查無法提供量化數據

控制邊緣半徑是確保零件性能的關鍵步驟。在車間通常會透過目視檢查來檢查產品的邊緣半徑，目視檢查測試雖然快速、方便，但結果是浮動的。結果會因檢查員的判斷、照明和其他因素而改變，更重要的是，目視檢查僅提供定性數據，而非定量數據，這對於製造精密零件來說是不夠的。

單軌跡測量（Single-trace methods）對於精確測量而言變化太大

觸針輪廓儀是一種測量邊緣半徑時常用的儀器。儘管用途廣泛，但容易因為測量位置和角度的變化而產生誤差，如下圖所示。此外，觸針輪廓儀的測量範圍有限，所以可能會無法測量到加工孔上的半徑，再加上該使用單軌跡測量方法通常需要30 分鐘以上的時間來進行設定和掃描，需要花費大量時間才可以得到一條高品質的軌跡線。

3D 測量能提供準確、可重複的邊緣破損分析

4D InSpec 是一款手持式 3D 測量設備，透過使用偏振光，使儀器能夠在車間快速、簡單地對邊緣半徑、其他零件進行測量。 4D InSpec擁有高度的準確性、重複性、再現性和耐用性，也能夠在車間環境中使用，毫無疑問是一款可以提升測量效率的工具。

如何對邊緣半徑進行測量

手持式 4D InSpec 可以直接放置在要測量的邊緣半徑上。儀器上的對準輔助工具可以將儀器設定在正確距離和角度。此外，儀器也有提供即時回饋來幫助對準，儀器中的軟體可以進行半徑分析，我們可以透過分析來評估測量中的切線和最短半徑。

4D InSpec 附帶的軟體能夠將圓柱體與邊緣的幾何形狀進行對齊，而不是將測量視為一系列相鄰軌跡。相鄰軌跡。此方法大大的提高測量的準確性，因為以數位方式來記錄結果，所以也使測量的可重複性提高。

如上圖所示，3D 測量可以計算平均斷裂角度、兩個平面交會時的角度以及兩個平面交會處所產生的半徑偏移。

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研磨紋理

曾瀞寬 — Fri, 21 Jun 2024 07:49:57 +0000

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研磨紋理

使用 4D InSpec 的高解析度測量來測量研磨紋理。該儀器能夠區分小至 0.0002 英吋（5 微米）的高度變化和小至 0.00026 英吋（6.6 微米）的橫向特徵，大約只需 1 秒即可完成測量並進行處理。產生的 3D 測量結果會自動報告視野內的紋理粗糙度。

透過使用分析工具，您甚至可以在測量中的任何位置繪製輪廓，分析軟體會對該區域的粗糙度進行計算。在右側擷取的螢幕測量中，數據顯示的PV為 3.34 thou (85 微米)，RMS 為0.15748 thousands of an inch (4.0 微米).。

在毛邊測量中（左側為相機視圖，右側為 3D 輪廓圖），右側顯示了一條遊標線，其下方顯示了測量中所得的輪廓。4D InSpec可以為 2D 線路輪廓提供 PV 和 RMS，為互動式選單提供更簡便的選擇。

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表面刻痕

曾瀞寬 — Fri, 21 Jun 2024 06:28:52 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

刻痕

表面刻痕：

表面刻痕（例如裂紋）很難在二維中進行測量，因為無法確定儀器是否有繪製出刻痕的最深處。在遭受衝擊的狀況下除了刻痕之外，若是也產生了毛刺，那麼情況就會變得更加複雜。

在使用目視檢查的情況下，很難評估刻痕是否深到足以產生凹槽。因為顏色和照明的變化，所以很難去確認刻痕到底是凹陷還是凸起，更別說要去確認該刻痕是否會對產品造成損害了。

刀刃刻痕：

眾所周知，風扇邊緣、葉片和角落上的刻痕很難被測量。透過使用4D InSpec，您可以對向下偏轉或是未對齊的邊緣進行測量。
若要測量非常薄的刀片，透過使用配件包中的刀刃配件，使用者可以輕鬆地聚焦於想測量的區域。工具上有一個引導凹口，可將量規放置在凹口中間，記得要和兩側保持適當的距離，以幫助您獲得最佳焦點。

防滑表面

曾瀞寬 — Fri, 21 Jun 2024 06:15:00 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

防滑表面

4D InSpec可以在無需移除見證樣本的狀態下，對防滑表面的位置進行測量，且可以在幾秒鐘之內迅速的評估防滑表面的狀況。在航海時，常會因為地板濕滑而滑倒，所以定期檢查防滑表面是非常重要的，透過定期檢查可以確保環境的安全。透過使用便攜式推車或背包、安全帶和皮套，可以大大的提升工作人員進行檢查的效率。

曲率半徑

曾瀞寬 — Fri, 21 Jun 2024 05:41:14 +0000

4D 動態光學測量儀器 > 工業應用 > 分析與量化

曲率半徑

手持式 4D InSpec 透過點擊式操作即可快速獲得彎曲零件的測量結果。在測量圖上，只要按一下並拖曳輪廓線，軟體就會即時計算半徑。此外，4D InSpec透過計算輪廓面積的平均值，可以最大限度地減少因表面紋理而產生的誤差。需要注意的是，在測量過程中需要不停地調整兩端的間距，才可以找到最小半徑。

分析與量化 – 4D 動態光學測量儀器

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