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尼康-用光学技术创造未来

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用光学技术创造未来

——尼康测量技术支撑着人们的生活

为改善环境质量和安全做出贡献


尼康不仅以生产相机这样的个人产品而闻名,而且还以其先进的光学/精密技术生产了许多工业设备;尼康卓越的光学设备也为提高汽车和飞机的环保性能和安全做出了贡献。

以下两篇文章将用以说明尼康科技对社会的贡献。





尼康测量技术

为丰田的生产环境与安全做出贡献





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尼康的贡献

提高齿轮的测量精度,

减少燃油损耗和齿轮噪音。 


与燃油损耗有关的因素:能量传输效率、耐久性和噪音量,很大程度上受到齿轮啮合的影响。

尼康公司开发的“非接触式传感器3D计量系统”,采用了用“平面”代替“点和线”测量齿面的技术,提高了动态测量精度,实现了最佳啮合。

此外,使用传统技术需要很长时间的测量,现在通过使用尼康测量仪器可以很快速地完成。




齿轮是将汽车发动机产生的动力传递给车轮的重要部件。在其发展过程中,不仅要有足够的耐久性和高效的能量传输,而且要降低齿轮相互磨擦的噪声。

丰田公司之所以选择尼康作为合作伙伴,是因为尼康一直在不断地进行改善

特别采访:


柴田吉胜


项目经理

丰田汽车公司基础工程部

动力传动系统实验与分析工程领域



汽车是由成千上万个零件组成的。其中最重要的是将发动机产生的能量传递给车轮的齿轮,它极大地影响着汽车的安全性和运行的稳定性。

丰田汽车以持续改进为目标,努力研发理想的齿轮。“近年来,随着混合动力汽车和燃料电池汽车等安静行驶汽车的普及,降低齿轮啮合不良产生的噪音正成为一个越来越重要的问题,”柴田吉胜告诉我们,“随着齿轮平稳的啮合,噪音将大大减少。但要实现这一点,就需要极其复杂的测量技术。虽然齿轮肉眼看起来相似,但每颗齿轮侧面的形状和姿势都有着及细小的不同。为了彻底消除噪声产生的原因,必须对每一个齿面进行精确测量。丰田汽车公司通常使用接触式计量系统来进行这些测量。用这种方法,每个样品都被以接触式的方法测量其形状、长度、高度等。”

然而,这种方法也有其测量难点;齿轮侧面是用等间距的“点”来测量的,然后连接成“线”,因此如果线之间的距离太宽,就比较容易产生测量误差。但是如果为了避免误差而增加侧面上取线的数量,探针接触次数就会增加,测量所需的时间就会变长。

“我们花费几个小时来完成公司要求的精度测量。于是我们思考,是否有一种方法可以在更短的时间内完成这种精度的测量,直到我们遇到了尼康高精度非接触式传感器三维计量系统。”柴田先生说。该系统可以在不接触样品的情况下从多个角度照射激光,使整个样品的测量由“点和线”改为“平面”,不仅提高了测量精度,而且大大缩短了测量时间。

“我们可以非常精确地了解齿面情况,所以对于一些齿轮我们可以省略创建原型齿轮模型的过程来测试啮合。事实上,我们不仅减少了工作劳力,而且减少了不必要的材料消耗,这是一个巨大的改善。”齿轮精度的提高有助于制造出更安全、更省油的汽车。尼康的测量技术为丰田汽车提供了有力支持。“我们可以追求我们理想的制造方式,因为尼康的测量技术完全满足了我们的期望。”柴田先生说。


高精度非接触式传感器三维计量系统

一种三维测量系统,通过发射激光扫描测量而不是接触样品来获取大量的表面点云。一般非接触式3D计量系统的精度限制在几百微米或几十微米,但尼康的“高精度非接触式传感器3D计量系统”能够进行数微米的高精度3D测量。测量时间也很短,约为接触式系统的十分之一。

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特别采访:


关都健太


部门经理

尼康公司第三开发部门
工业计量事业部





早在2008年,尼康就开始开发他们的“高精度非接触式传感器3D计量系统”。“在那之前,我们公司有一套合适的二维计量系统,包括用于测量电子元件的测量显微镜。”因此,我们决定将这些知识和技术应用到三维领域,并开发出一个前所未有的三维测量系统。”尼康工业计量事业部的关都健太先生告诉我们。

当时,用于机械零件尺寸测量的主流计量系统是接触式三维计量系统。尼康开发部门坚持非接触式系统,运用尼康的光学技术、精密测量技术和高速图像处理技术,发明了这种三维计量系统。该系统不仅配备了高精度的传感器,而且实现了五轴自动控制,可以前后、左右、上下全方位的移动传感器,并且传感器可以自身倾斜,进而旋转样品,使激光到达样品的凹凸盲点。这样就可以测量复杂形状的样品,如齿轮。此外,“因为这是一种非接触式系统,它的优点是能够测量各种材料的组件,比如橡胶部件。”健太先生解释说。

“在系统开发后不久,丰田汽车公司的柴田先生发表了一个很高的评价,说他“看到了一个潜在的齿轮测量系统”,我们根据丰田公司的要求对系统进行了重复的改进。丰田公司告诉我们,希望新的系统可以通过‘面’测量,确定表面上传统系统无法看到的细微凹凸,以此发现齿轮的问题来持续改进。我们将继续进一步完善这个系统,实现更高的精度,为技术人员提供更多的支持。”

无损X射线和CT检查系统

利用x射线穿透,在不破坏或改变样品形状的情况下检查内部条件的系统。此外,通过旋转样本和连续拍摄2D射线照片,然后用计算机处理这些图像数据,可以生成3D CT图像。也可以对任意点进行横截面视图和尺寸测量。用于复杂内部机构的评估和测量、失效分析等。

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特别采访:


坂口直市


部门经理

尼康公司工业计量事业部

第四开发部门





尼康不仅通过提高齿轮的测量精度,提高了丰田汽车的安全性和燃油效率,还通过一个名为“无损X射线和CT检测”的卓越系统,为更安全、更环保的汽车发动机制造提供了支持。该系统通过穿透式医用x射线或CT扫描仪等x射线,可以在不破坏或变形样品的情况下检查各种工业产品或部件的内部情况。该系统广泛应用于汽车制造业的检测,但对于发动机来说,它的目的是检测铸件内部的“空隙”。

“近年来,为了燃油效率的不断提高,汽车发动机变得更加小型化,发动机铸造部件的钣金测量难度也随之提高。如果这些薄型铸件内部存在“空隙”,它们很可能会成为发动机故障的原因。尼康工业计量事业部的坂口直市先生告诉我们:“在将发动机嵌入汽车之前,准确检测‘空隙’的是非常重要的。”

“传统方法通常使用破坏性检查,把制造的发动机的一部分取出并切开进行内部检查,但这是一种浪费性的检查方法,因为在确认发动机没有问题后,切断的发动机也不能再重新使用。无损检测不产生浪费,是一种环保的检测方法。尼康的“无损x射线和CT检查系统”的优点是利用尖端技术,可以详细确认大尺寸样品的内部条件。此外,该系统还可以根据客户的要求灵活定制。”

尼康将继续以其先进的技术满足不同行业的迫切需求,确保产品安全和环保。




尼康的非接触式检测应用于各个领域










































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尼康的“高精度非接触式传感器3D计量系统”用于测量各种汽车部件,包括齿轮、形状非常复杂的涡轮增压器的压气轮、防止发动机漏油的橡胶油封等。同时,“无损x射线和CT检测系统”不仅用于检测汽车零部件,还用于检测飞机喷气发动机的主要部件涡轮叶片等。根据检测结果对叶片形状进行优化,可以提高燃油效率。




尼康测量技术

为大型飞机和汽车的安全提供支持





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尼康的贡献

50米距离外实现0.5毫米的精度测量


“非接触式检测”能够进行大体积自动测量。它最大的特点是能够在50米之外以0.5毫米的精度测量长度和位置。由于为非接触式,在检测过程中样品和系统都不会被破坏。它用于测量大型飞机、汽车结构(预涂层体)等。


大体积非接触式检测系统:激光雷达

特别采访:


田村高桥


部门经理

尼康公司第二发展部

工业计量事业部



汽车是“运行的精密机器”。它由成千上万个部件组成,但一个单一部件的微小偏移可能会对其运行性能和安全造成严重的影响。

“车身结构是汽车的骨架,它有无数的孔来组成这些部件,并以此来构建结构本身。尼康工业计量事业部的田村高桥先生解释说:“准确测量这些孔的位置对于汽车制造的安全性至关重要。”尼康公司的“大体积非接触式检测系统:激光雷达”的一大特点是,它可以在高速下精确地完成这些形状的尺寸测量。

一般来说,很多汽车制造商都是用接触式系统来测量孔的结构长度和位置的,但是需要配套的大型测量系统并且要花费大量时间计算数据。尼康的激光雷达系统利用光的反射,它可以通过从远处直接发射激光束对样品进行测量,而不需要设置目标。其测量速度达到了接触式系统的7- 8倍。

“它最初是为测量飞机而开发的,由于它具有能够从远处准确、快速地测量样品,在工业领域都有广泛的应用。”田村先生说。

尼康卓越的光学技术和检测系统,将在更多的领域被广泛应用。

尼康工业计量事业部的使命是解决客户的问题

特别采访:


中岛吉田


总经理

尼康公司工业计量

业务部





用非凡的光学技术点燃新的可能性


尼康这个名字让人想起消费品的形象,如相机、眼镜片和运动光学。但实际上他们也专门研究和开发各种工业设备,如“激光雷达”。尼康将这一业务领域定位为下一代“增长引擎”之一,并于2014年成立尼康工业计量事业部。此后,他们向世界展现了许多尼康独有的计量系统,包括前文介绍的“高精度非接触式传感器3D检测系统”和“无损x射线和CT检测系统”。

“我们的计量系统的特点是,它们具有传统系统难以实现的速度和精度,以及更加方便,”尼康工业计量事业部总经理中岛吉田先生解释说。

他们的产品有一个共同的概念,“用光测量材料”。虽然光源不同于激光和x射线,但仍能够在不接触或破坏样品的情况下对其内部结构进行详细测量的。”它已经被用于各种行业,包括汽车、飞机和航天工业。客户对我们的系统评价很高,因为它推翻了开发制造领域的普遍认识,即样品必须经过实际接触才能测量,并大幅减少检验时间,或减少破坏性检验的损失,”中岛先生说。

通过这项技术,尼康提高了检测产品的安全性和环保性能,为人们的生命安全和全球环境的可持续性做出了贡献。通过尼康测量,传统上只能通过随机抽取样品来检测的产品就可以被批量彻底检测。因此,使用尼康计量系统的制造商可以更安全更高效快速地生产出产品。

“光学技术可能应用于广泛的行业,不仅仅是汽车和航空航天。对于我们公司来说,我们愿意主动为各种客户提出新的解决方案,而不拘于传统的框架或刻板印象。在任何时候,重要的不是产品,而是客户和市场的需求。我们不应该自己定义这些框架。我们认为,通过直面新的问题,我们可以开辟更多的可能性。”

尼康不仅在消费产品领域加强自己的研发,并且在工业设备领域也在不断提升自己。我们不能把目光从尼康的“新角度”上移开。




尼康将在不局限于行业的前提下

广泛探索各种可能性




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用于风力发电的风车叶片的形状需要优化能源传输效率。尼康激光雷达为精确测量几何形状的偏移量提供了支持。 


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太阳能发电机的太阳能电池板通常被设计成弧形,以最大限度地输出能量。激光雷达可以测量这些电弧的形状和位置,而无需接直接触这些面板。  




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