Stylus Manual

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简介:如何组装测针组

正确的测针选择
精密测量的基础是所使用的测针及附件适用于最佳的测量解决方案。 涉及到以下不同方面:

  • 最高精度等级的点测量
  • 批量测量中的扫描
  • 特殊材质的扫描
  • 长型测针的必要性
  • 复杂测针系统的结构
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整体系统
测针组的所有部件都是决定性因素。测针、加长杆、转接器、关节接头等各部件都决定测针系统的适用性。一个测针系统必须由尽可能少的部件构成,因为每个部件都会为测量带来不确定性。

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下面讲述了测针组各个部件最重要的选择标准。

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测针的选择:测针由哪几个部分组成?

测针由哪几个部分组成?
一根测针通常由三部分组成:

转接器测杆测头 out/zeiss/img/tasterhandbuch/taster-handbuch-04.jpg
说明 DK测球直径,单位:mm
L总长度,单位:mm
ML有效长度,单位:mm
DS测杆直径,单位:mm
DG底座直径,单位:mm
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球形测针
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球形盘测针
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柱形销测针

测针的测头可以是球形、盘形、圆柱形或者其它形状,例如半球形、带球形末端的圆柱形等。

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球端柱形测针
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半球形测针
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针形测针

最佳的测针刚性
所有测针都应该具备良好的抗弯曲性,保证在承受一定测力时不变形,即所谓的“测针偏量”。 这是由测杆结构和测杆与转接器之间的连接部分决定的。

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测针的选择:不同测杆材质的优缺点

Shaft structure
We differentiate between a full-length shaft and an offset shaft. The offset shaft has the advantage of a slightly greater shaft thickness DS, that reduces towards the stylus tip. Disadvantage is the reduced available measuring range MLE with the shaft thickness DSE (As compared with DS and ML on a non stepped shaft stylus).

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说明 DK测球直径,单位:mm
L总长度,单位:mm
ML有效测量长度,单位:mm
DS测杆直径,单位:mm
DG底座直径,单位:mm
MLE阶梯有效测量长度,单位:mm
DSE阶梯测杆直径,单位:mm

测杆材质
测杆和其横截面(固体强度高于管体)的材料对测针的刚性有很大影响。 对于其标准测针,蔡司使用碳化钨测杆作为参考对象。

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最佳材质
该图显示了不同材料所表现出的不同特性。正如您所看到的,蔡司ThermoFit测针在下列三种重要特性均有最优表现:

  • 刚性
  • 重量
  • 长度方向上的热膨胀

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测针的选择:螺纹转接器有哪些影响?

转接器
转接器是连接螺纹和测杆之间的连接部分。转接器的设计非常重要,其要求能够最优化地承载从测杆传来的测量力,否则会影响到测量准确度。另外,加长杆的连接点通常带有切口,确保最佳的测量力匹配。

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// Adapter
made by Carl Zeiss

注意:
连接点必须保持洁净!

有哪些连接螺纹?
根据所用的测量系统,蔡司使用M2、M3 和 M5连接螺纹。

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M3 XXT
M3 normal

注意!
禁止在 XXT 测针系统上使用标准 M3 测针,只能使用经过优化的用于被动式扫描的 M3 XXT 测针。 XXT 测针使用了大于标准 M3 测针直径 1mm的转接器,并使用高强度钛合金材质,确保显著提高刚性。

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测针的选择:如何针对应用选用测头材质?

测针测头
最常用测针的测头是球形的。测针主要特性有:

  • 测头球形的形状精度
  • 测头材质
  • 测头重量不确定度

测头球形的精度
与理想球形的偏差通常以“等级”进行标注。 下列是常用等级:

等级最大偏差,单位:μm
30,08
50,13
100,25
160,40
200,50

蔡司使用等级5的测头作为标准配置,对于特殊要求,例如极高精度的圆度测量,也可提供等级3的测头。

测头材质
下表列出了测头最常用的几种材质,包括各自的主要应用领域和限制。

材料应用领域DK,单位:μm
红宝石 几乎是所有应用的标准选项。 连续扫描特定材质时可能会出现磨损或工件材料吸附。 0,12 - 12
蓝宝石 特性与红宝石一样,但可以制作直径更大的测头。 8 - 15
氮化硅 与红宝石的用法相同,但是扫描铝件时工件材料的吸附会更少。 1 - 12
陶瓷(氧化铝 用于制作大直径球形测头、盘形测针以扫描铸铁等粗糙表面。更可制作成半球形确保最优重量。 8 - 45
氧化锆 与红宝石相比较,这种材质更软,主要用于手动测量设备。 1 - 10
碳化钨 能够用于制作特殊尺寸的球形测头,例如测量齿轮齿。可针对测量定制, 重量较大。 2 - 30
主要用于盘形测针。比碳化钨软,但可制作更大直径的测头。 30 - 100
钻石 世界上最硬的材质,扫描时不磨损、无材料吸附。 1 , 3

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测针的选择:如果测针选择不正确,会造成哪些偏差?

测头的材料吸附
特定测头和工件材质的组合可能会引发问题。因为它们各自的表面结构,工件的材质在连续扫描模式下会吸附在测头球体上。 典型的例子是使用红宝石测量软质铝材。

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测针磨损
在对粗糙表面进行连续扫描时,例如陶瓷材质的测头可能会被“磨平”。磨损的结果是出现平面部分,使测针无法继续使用。 这只能通过校准时光学尺寸的增加或者标准差的变化来检测到。

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钻石测头
DIAMOND!SCAN钻石测针是解决以上两种情况的最佳方案。其适用于所有的表面和材质。主要的优点在于扫描硬陶瓷表面时具有最长的工作寿命。对于软性材质工件,钻石测头上不会出现材料吸附。

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// solutions
made by Carl Zeiss

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加长杆:快速扫描的同时保证重复精度

直径和材质
In order to achieve the highest possible scanning speed at the lowest possible form deviation, we must choose extensions with a large diameter, low weight and high levels of stiffness. The following diagram shows that the highest speeds are achievable with ZEISS ThermoFit extensions.

环规形状偏差:15 mm
测针DK=4 mm,Z=100 mm,Y=500 mm

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热扭曲
所有的 CFK 加长杆在纵向对于温度变化都是稳定的,但不意味着在纵向轴上没有扭曲。 特殊的结构使 ThermoFit 比其它制造商的传统CFK 加长杆在温度变化时具有额外的抗扭曲优势。特别在具有侧向部件的长测针系统上,这种优势在生产环境中是具有决定性的。

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建议:
如果您有任何疑问,请联系我们 — 我们都会为您解决。

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加长杆:胶合间距是如何影响测量精度的?

回滞现象
测针在测量后没有回到初始位置,这就是我们所指的回滞现象。这种情况通常发生在碳纤维加长杆上,因为其加长杆与转接器之间仅用黏合剂粘合,将会产生胶合间距。蔡司ThermoFit加长杆不仅使用黏合剂粘合,带切口螺纹的转接器也确保最优连接。

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其它制造商的加长杆由于胶合间距产生 回滞现象。
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ThermoFit®加长杆带切口螺纹的转接器,没有胶合间距

例如在标定时,这种现象会发生偏差。蔡司使用了两种连接相结合的独特方法,以确保最佳的力量匹配。接下来将对这一情况作更清晰的描述。

比较:
在显微镜下我们发现当管壁与转接器没有接触时,仅由黏合剂进行连接将会产生受力的不均。

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注意:
更佳刚度的测针组能够执行更快的扫描任务,例如使用 ThermoFit®加长杆。

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加长杆:加长杆材质对测量的影响

哪种加长杆是最合适的?
下表列出了各种不同的加长杆。

材质直径优点/缺点/应用
11
20
优点: 重量小。
缺点: 即使温度轻微变化也会导致长度膨胀。
应用: 仅适用于环境极佳的测量室内。
18
11
优点: 重量小
缺点: 管壁较薄所以刚性降低,长度方向的热膨胀大。
应用: 仅适用于环境极佳的测量室内。
不锈钢 11 缺点: 重量大、长度方向的热膨胀大。
应用: 仅适用于环境极佳的测量室内。
ThermoFit Silver 5
11
20
优点: 重量小,刚性最大化且热稳定性好。
应用: 可用于所有应用。
ThermoFit Pro 11
20
优点: 与ThermoFit Silver一致
另外: 抗扭强度和接口减少,重量减少 25%。
应用: 可用于所有应用。
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ThermoFit® Pro
您可以使用 ThermoFit 快速创建高质量的测针组。 旋转固定插头和ThermoFit 技术提供了最佳的应用安全性。 使用我们制造的球体毛坯,您甚至能够快速制造您自己的特殊角度件。

对所有CFK测针和加长杆的重要说明
受到强烈碰撞后,您必须检查外观并重新进行标定。 即使没有明显的外部损坏,内部的纤维也可能受损,这只能通过标准偏差标定检查进行确定。

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连接件:为组装测针组创造无限可能

说明
我们为测针组的创建提供了大量不同的连接件。 您可以在我们的网络商城或者相关的测针目录中找到详细的说明。

MT/VAST测针系统的连接件:
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立方体
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星形立方体
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测针基座
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90°接头
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关节接头
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旋转接头
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旋转关节
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90°旋转接头
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固定角度连接件
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盘型针锁紧螺丝
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立方体锁紧螺丝
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转接器

XXT测针系统连接件:
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M3 XXT 90° 立方体
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M3 XXT 180°立方体
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M3 XXT星型立方体
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M3 XXT旋转接头
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M3 XXT 6面星型立方体
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M3 XXT 8面星型立方体
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箝位探针
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箝位加长杆
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锁紧螺丝
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带有M3螺纹的锁 紧螺丝
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转接器

建议:
对于连续的测量任务,最好使用固定角度连接件或 ThermoFit Pro 部件,可使角度无需移动。

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校准件:哪种标准球尺寸适合我的测针?

标准球范围
蔡司提供了不同高度的标准球底座(214,364,514mm),它可根据不同的应用与合适的标准球相匹配,它应用在温控测量室内。

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为了避免具有极小针头的测针的测杆与标准球碰撞,选择合适的标准球就显得尤为重要。下表显示了不同尺寸针头所推荐使用的标准球。

标准球直径 DK测针针头直径
8until aprox. <1 mm
15until aprox. 1-2 mm
25 / 30until aprox. >2 mm
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产品生产类似环境
为了适应测量室内温度的波动,我们使用热稳定性极高的ThermoFit或因瓦材质(Invar)来制作标准球底座。

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ThermoFit® L200
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Invar L300
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Invar L400
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Invar L400 双支架

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测针的安装:组装测针组时必须考虑的问题

装配和辅助工具
合适的辅助工具可以在组装测针组时有效防止各部件的损坏,确保安装的安全进行。下面是几种最重要的装配和辅助工具。

正确调整 MT/VAST吸盘
MT/VAST吸盘可以通过顶部的三个螺丝进行旋转调节。必须使用不超过2Nm 的扭力紧固,为了防止螺丝的过度拧紧,最好使用专用力矩扳手进行调节。

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2 Nm扭矩的 内六角扳手

加长杆和测针的组装
加长杆和测针的连接需要手动拧紧。我们有合适的钩型扳手和针状扳手供您选择。钩型扳手根据探针底座和加长杆直径分为直径5、11和20mm三种。针状扳手1.1 和2.9 可用于直径 1.2mm 和 3mm 的销钉空,确保连接的紧固。

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注意: 禁止使用加长杆杆身拧紧!请使用钩型扳手进行调节!

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测针的安装:如何准确的调节测针?

安装 XXT 加长杆
在使用扳手拧紧测针时, XXT 测针装配辅助工具可以顶住加长杆以便于调节。

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调节 XXT 星形测针
M3 XXT 测针调整装置可以调整星型针或把测针调到所需的角度。将XXT吸盘放置于具有磁力的基座上并调整好所需角度,使用侧面的棱柱导向器顶住测针,然后拧紧即可。

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XXT 测针调整装置

旋转关节调节装置
该装置可以在安装前对直径11mm的旋转接头进行角度调节。

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旋转关节调节装置

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测针的安装:使用 FixAssist 快速简便的调整测针组

使用 FixAssist 设定角度
FixAssist 可以帮助您调节MT/VAST测针组中各个测针的相对位置。您可通过 FixAssist 调整吸盘的旋转角度和侧向测针的角度。

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使用 FixAssist 校准 XXT 星形针
XXT适配器与FixAssist测针线性调整装置的组合可对 XXT 测针组进行调节。它由XXT吸盘适配器和磁性棱柱适配器组成。 这些适配器使用在 FixAssist 上。

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XXT 适配器

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限值:XXT 探头限值

XXT 探头系统的长度限制
该表显示了 XXT TL1 到 TL 3探头可接的测针许可范围。

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灰色区域为允许范围;浅蓝色区域为允许范围,但会受到三坐标测量机力学的限制; 白色区域为禁止范围。

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重量
您也必须计算测针组的重量,否则 XXT 探头可能会出现故障。 限重如下:

测针组包括吸盘在内的最大重量
TL 110 g
TL 210 g
TL 315 g

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限值:其余蔡司探头的限值

其它测针组的限值
其它的三坐标测量机也规定了探头所接测针组的最大重量和长度。 下表列出了最重要的内容:

探头长度(单位:mm)重量(单位:g倾斜扭矩(单位:Nm)
ST 200200-
ST3 200200-
ST-ATAC 200200-
XDT-TL3 15015-
RDS/XDT-TL3 15015-
VAST XXT-TL1 12510-
RDS/XXT-TL1 12510-
VAST XXT-TL2 25010-
RDS/XXT-TL2 25010-
VAST XXT-TL3 15015-
RDS/XXT-TL3 15015-
DT 5005000,3
VAST XT 5005000,3
VAST XT gold 5005000,3
VAST 8006000,1
VAST gold 8006000,1
HSS 6006000,2

注意!
您的测量机也受相关技术参数的限制。

倾斜扭矩
倾斜扭矩是由测针组的重量分布不均导致的。 必须使用适当的配重防止这种情况的发生。 可按照下列说明计算倾斜扭矩

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说明 S重心
F重力
L从重心到对称线的距离

更多信息请参考“探头”操作说明书。

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存储:测针组的最佳存放位置

存储
您可以把测针组安全的储存在我们专用的测针柜中。有很多附件选项的测针柜用以特殊材质测针的存放,使存储更加简单。 您可以在我们的网络商城中或免费索取的PDF或纸质测针目录中找到该内容。

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测针柜
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迷你库位架
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手动XXT库位架
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复合式 O-INSPECT库位架

安装
安装工作台是一种人机工程车间,适用于各种测量需求。它为设备的准备、测针组的装配和测针的清洁提供了很大的工作空间。 抽屉、壁柜以及测针储存区域为清洁材料、工具和文件提供足够的储存空间。

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清洁材料

维护
测针针头和标准球应定期清洁,去除污染物。 我们尤其推荐使用蔡司的超细纤维布。 如果测针上有一层纤薄的铝质杂物,应使用含有清洁液的湿布认真清理(请参考测量机操作手册)。 如果不能彻底 清理,就需要更换测针。

注意:
清洁细小测针时应特别小心!

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标定器具 如何检测机器的精度

性能
为了确保三坐标测量机的性能,您需要定期进行检测。 您的三坐标测量机是用测针组进行检测的,所以高质量的测针和连接件非常重要。

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建议:
我们对此提供了合适的标定器具,并根据检测内容提供了相关的测量程序。 这些检测内容能监测三坐标测量机符合相关标准的规定 (DIN EN ISO 0360 和 VDI/VDE 2617)。

最终,您会根据监测要素得到清晰的三坐标测量机性能的评估结果。 如果结果表明您的测量机不能达到相关的技术标准,您就必须采取相应的措施,例如维护保养。 这样做通常比在错误状态下连续进行测量工作要经济的多。

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三座标精度检验装置

三座标精度检验装置
可使用标定器具评估下列特性:

  • 探头系统的扫描特性
  • 测量机检测形状的能力
  • 三坐标测量机的长度误差和带有转台的四轴误差(可选项)
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多元素特征检验装置

多元素特征检验装置
“多元素特征检验装置”用于确定三坐标测量机在尺寸、形状和长度等相关特性检测上和生产工艺的偏差不确定度。

该应用可确定接近实际检测条件下的测量不确定度和生产工艺的合适性。使用时请注意:

  • 当前温度
  • 与工件材质类似的材料
  • 与工件表面相似的表面
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多探头系统检验装置

多探头系统检验装置
“多探头系统检验装置”用于接触式探头和光学探头测量机的标准化检查。

可使用标定器具评估下列特性:

  • 探头系统的探测误差
  • 探头系统的扫描误差
  • 在接触模式和光学模式下检测探测误差和长度测量误差

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温度监控:我们如何监控温度?

温度监控
为了得到正确的测量结果,必须使测量时测针组的温度等于标定时的实际温度。 否则,测针组的几何尺寸变化会引起错误。 所以工件和测量室温度的监控不仅合理,而且从追溯性的角度来说,也是强制性的。

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CMM温度监控
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湿度传感器
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温度监控的记录

因此我们提供了大量不同的温度监控方法,包括从手动测量传感器到具备记录功能的整套室内监控系统。 我们非常愿意按照您的要求 为您量身定制温度监控系统。

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