图1  该测量装置可用来监测直径为30μm的刀具

Helmut Wandinger公司在进行微型镗孔以及铣削作业时，用激光测量装置调整铣刀并对微型刀具的断裂情况进行监控，从而使加工作业达到了快速且高精的要求。

30μm的钻头只有头发丝粗细，没有人能不用放大镜而只用肉眼看到这样的钻头。Helmut Wandinger公司采用5轴铣床进行加工作业，其加工精度高，工件的微小程度几乎超出人们的想象。在加工作业中采用Blum-Novotest公司研制的激光测量装置调整铣刀，并对微型刀具的断裂情况进行监控，从而达到了高精的要求。

以微米为尺寸标准的加工作业

Helmut Wandinger公司从事以微米尺寸为标准的铣工作业。如加工厚度在50μm以上的喷嘴。该公司有6名工作人员，一个机床库，其中的6台机床分别由Chiron、 Mikron和Primacon公司提供。

Helmut Wandinger公司的用户均来自电子技术行业和医疗技术行业。该公司也加工粘结剂计量装置的零件或激光光学仪器的零件，如圆形光圈、喷嘴以及受大学研究机构或是德国 Fraunhofer研究院的委托，加工制造专用微型机械结构件。前不久，该公司加工制造的几百个凹槽金属件，其直径仅为30μm，而加工这些金属件的，是直径仅为10μm的圆头铣刀。此外，该公司在喷嘴垫上加工出1000个以微米为尺寸单位的孔，也丝毫不成问题。

图2  检测比人的头发丝还要细的刀具，必须使用技术可靠的测量装置

为了确保微加工的精度，Helmut Wandinger公司在生产车间里安装空调，温度始终精准地保持在0.1K。机床里装有温度控制器，在断开运行时，用外界温度冷却机床。这样，加工中心必须停工，直至整个设备恢复到稳定的温度。

该公司在进行精密加工制造的初期，阳光通过生产车间的百叶窗照射到机床上，光照温度也会使工件产生延展性。现在，这种状况已经被扭转。假如该公司迄今为止还是按德国工业标准DIN 进行加工制造，那么早就没有生意了。目前，该公司加工制造的允许公差范围是2~3μm，这不仅是镗孔作业的标准，也是工件轮廓磨削作业的标准。

非接触式激光测量装置

Helmut Wandinger公司所使用的机床均采用Blum-Novotest公司研制的用于调整刀具的激光测量装置。以前，该公司的加工人员是用卷尺手工调整刀具，但即使是轻微的接触，也会对刀片产生影响，或是将刀片碰断裂。所以，该公司很快便引用了激光调整刀具装置。1997年，该公司在Chiron公司提供的机床上应用了这种激光调整刀具装置，这一装置在使用之初，便得到了认可。

因为激光测控装置就布置在加工中心的作业现场，因此，必须对该仪器实行保护。为此，Blum-Novotest公司采取了一系列保护措施：当机床进行切削作业时，用一个机械式锁闭装置将其保护起来，在该仪器进出前，锁闭装置以活塞充气方式进行移动保护。该仪器处于开启状态时，机床受气流冲击，加工产生的刨屑等会影响作业。在该仪器进行刀具调整测量时，将受到气流式保护以避免加工刨屑等脏物。这些脏物可能包括离心抛出的机床冷却液，因此，对光学仪器进行保护是一个安全可靠度很高的程序。

图3  通过在机床上测量刀具，使精度达到技术极限

与其他的激光测量装置相比，Blum-Novotest公司的Blum激光测量器发出的激光射线极薄，其厚度仅为几微米，且聚焦性能更强。有的激光测量器发出的激光射线不聚焦，射线厚度也较大。这样，测量装置在测量刀具长度时往往会要“估计”，会把钻头识别得比较粗。如果用这些错误的测量值进行工件加工，所得出的孔径将小于要求值。如果机床的刀具测量有误，一旦钻头布置在工件上，机床的主轴会进入快速档转动。显而易见，工件的长度将出现误差，导致一系列废品的产生。

Blum-Novotest公司研制的一系列效率极高的电子产品被称作“NT-Technologie ”。使用这种电子装置可以进行快速测量，刀具每进行一次切割，该装置便进行一次检测，即使是细微的切割缺陷和磨损也能被监测到。该装置其采用的“Plausibilitaet”监测法以及拖曳测量，能够使其不受机床冷却液的影响，安全可靠地进行监测。Helmut Wandinger公司的所有MicroCompact NT型和Nano NT型机床均采用了Blum-Novotest公司的测量装置。这些测量装置还可通过光源和接收器之间的距离变换，来测定尺寸规格较大的刀具。

图4  在Helmut Wandinger公司的加工中心中，用激光测量装置能够测量最小的刀具。图中刀具为直径50μm的20×D微型钻头

对于刀具心轴的监测

Blum-Novotest公司的测量装置最重要的用途是用来监测机床刀具。在机床的两次加工作业之间，无论钻头是否完好，刀具心轴都将进行一次监测。100μm规格的钻头在加工作业时心轴转速达30000r/min，此时仅仅是一个微弱的谐振，如出现一个2μm的偏心距，都有可能造成刀具的折断。由此可见，激光监测装置在监控刀具断裂方面是何等重要。

在进行加工作业时，Helmut Wandinger公司的工作人员有时会发现这样的情况——刀具受某种因素的影响变成“黑褐色”。例如一个钻头，如果完全变成黑褐色还要继续作业，将有可能导致的最严重后果是，后续刀具全部折断，可谓代价惨重。因此，即使待加工的孔只剩下一个，折断的钻头也不能勉强使用，这种情况下也不能忽视对刀具的监测。高度灵敏的刀具单价范围一般在25~180欧元，部分高达250欧元。刀具与工件碰撞所产生的力会作用到心轴上，这也会导致加工成本的升高。因此，心轴材料的选用也同样非常重要。

图5  为了能够评估加工的质量，Helmut Wandinger公司购置了光栅电子微型显微镜，图中能够看到在真空吸管上加工出的两个孔

激光测量装置是直接安装在加工场所的，理想状况下是直接安装在工件固定台旁，这样，激光测量装置可将所有因素，如机床部件在温度影响下出现延展等一并进行监测。如果心轴和刀具紧固件受热出现延展，心轴在转速影响下出现的位移偏差等，将一并得到补偿。在加工精确度处于微米范围内时，这样的监测与补偿不可忽略。监测只能在加工作业现场进行，监测心轴转动偏摆情况，有时在加工作业前，还要测量钻头，以避免供应商在产品包装上标错钻头尺寸所导致的严重后果。

对刀具进行测量直接关系到加工成本。如Helmut Wandinger公司曾经要在一个工件上加工出960个微形孔。在加工时，要求机床心轴的推进速度为1.5mm/min，也就是使用高速档。而如果使用高速档进行加工，在加工一个孔时，刀具还没有接触到工件，就已经空钻了4s。可以想象，如果完成这960个孔的加工作业，那么机床“空钻”的时间便长达一个多小时。在此情况下，只能采用Blum-Novotest公司的测量装置才能保证加工精度达到几微米。并可保证在使用高速档时，刀具驶向工件表面的距离较短。这样便可节省很多加工时间，从而提高生产效益。

Blum激光测控装置使加工精度达技术极限

通过采用激光测量装置在机床上对刀具进行直接测量，可使加工精度达到技术极限。为了监测工件，早在2004年，Helmut Wandinger公司购置了一台光栅电子显微镜（图5）。而采用传统的常规测量方法无法进行监测。只能采用Blum-Novotest公司的无接触式且精度极高的测量装置，才能使测量结果在允许公差范围内。此外，关于检测设备的坚固耐用性，还需考虑怎样使测量装置在加工现场不受刨屑以及润滑油飞溅的影响。因此，加工生产企业多数均采用Blum-Novotest公司的激光测控装置。