高精度在線測量
霍梅爾特斯達自動化測量系統(上海)有限公司總梁東:在線測量就是指在加工生產線中進行測量。根據測量位置和方式的不同,在線測量有兩種具體應用:一是在加工生產線的不同工位布置不同測量設備和檢測站,主要是對相關工序的工件的加工精度進行檢測。二是在機床內部加工過程中的主動測量,即在機床的內部,工件加工過程中,通過主動測量設備,直接測量工件的加工精度。這兩種應用都是保證用zui短的工藝時間生產出質量的、沒有任何誤差的產品,同時及時發現加工不合格的產品,減少后續的加工工序的浪費。根據德國機床制造商協會的統計和分析,這兩種應用均將有較大的發展,而尤其是主動量儀將取得超過其他檢測技術的高增長率。
霍梅爾公司在線測量技術的*性主要體現在后者,霍梅爾公司是世界范圍內主動量儀的技術者。同時霍梅爾公司在前者即工序間檢測方面,集中了目前世界上的接觸式電感測量技術,非接觸式光學測量技術和非接觸式氣動/氣電測量技術?;裘窢柟疽呀洖閲鴥鹊钠嫒鹌囉邢薰?、*汽車集團公司解放汽車有限公司、哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司、昌河鈴木汽車有限公司、長安鈴木汽車有限公司等提供了缸體線、缸蓋線、曲軸線、凸輪軸線等整線在線檢測總承包交鑰匙工程。為上海大眾、一汽大眾、上海通用、上汽通用五菱、南京依維柯、南京菲亞特、重慶長安、東風汽車公司、天津一汽汽車夏利股份公司、北京現代、江淮汽車等提供了大量高精度、全自動和半自動在線檢測設備。
由于高精度的自動化測量設備要在現場環境下使用,而不是在恒溫恒濕隔振的精密實驗室環境下使用,這就要求如此精密的測量儀器同時要具備現場加工設備所必須具備的高強度、高剛性、高抗振性、高防護等級等。在某些情況下,這兩方面目前可能還很難統一在一起,而這正是未來發展的方向?;裘窢柟驹谶@方面已推出相當超前的計量產品,并還有較大的提高空間。
進入21世紀后,測量精度正在從萬分之一毫米、十萬分之一毫米邁進百萬分之一毫米,即納米精度。其代表性的技術進步就是傳感器技術的迅猛發展。
霍梅爾公司在今年德國control2006質量控制技術展覽會展出的t8000nanoscan超級輪廓測量儀是世界zui高精度的宏觀和微觀綜合測量系統。采用激光位相干涉測量原理的傳感器在24mm的垂直測量范圍下,分辨率高達0.6nm,量程與分辨率之比達到40000000:1,是迄今為止世界上性能的傳感器系統。該系統可以在一次掃描中同時將宏觀的輪廓形狀尺寸和微觀的粗糙度波紋度測量出來。
現場測量自動化
三豐精密量儀(天津)有限公司市場副總監顏磊:隨著精密加工企業的不斷增加和企業對產品質量控制意識的增強,越來越多的企業將測量設備搬到了加工設備的旁邊,希望零件從加工設備上取下后馬上進行檢測或不取下直接測量,以縮短加工時間提率。量具的單一功能已經不能滿足測量的需求,便攜式的儀器就應運而生。但是由于生產工藝和環境的限制,大部分的此類儀器都存在著功能簡單,環境適應性差,精度不穩定等弱點。大型的臺式儀器存在著對環境要求嚴格、場地面積大等問題。如何將二者的優點結合起來,生產出既使用方便又小巧便攜還能保證穩定精度的測量儀器,成為各個儀器生產商努力的方向。科學界各個領域的新發明新技術也會在很短的時間內從測量儀器上反映出來。納米材料技術、電子芯片技術、溫度補償技術等都已經廣泛地應用于測量儀器的生產研發當中。儀器的小型化、便攜化、多功能化將是生產現場使用的測量儀的發展方向。
現代制造技術朝著越來越精密的方向發展,精密鑄造、注塑、精密機加、貼片封裝等*的制造手段已經在國內外的企業中廣泛使用,這就要求檢測手段也要跟上形勢的發展,滿足精度的要求。鑄造、注塑等之前作為生產毛坯件的工序現在能夠直接生產出高品質的零部件,質量控制也從以前的不測量或測量簡單的尺寸提高到了部分關鍵尺寸或全部尺寸的檢測,這就要求測量儀器的精度要大幅度提高,同時各種擴大測量儀器適應環境范圍的補正軟件也被廣泛應用,確保了測量儀器在生產現場也能夠保證很高的精度。例如三豐公司(mitutoyo)的高儀的精度提高到了(1.3+0.6l/600)mm,工具顯微鏡的精度提高到了(0.9+3l/1000)mm,生產型cmm的精度提高到了(1.7+3l/1000)mm。近期市場上又出現了分辨率為0.001mm的卡尺,將來也許基礎量具的精度也會上升到新的水平。用在生產現場的測量儀器的精度在逐步提高。
近幾年,世界上一些大型企業又提出了新的無人工廠的概念,即在生產線上將加工機械和檢測儀器合理排列,按照不同的工序要求對工件進行實時測量的全閉環生產系統。三豐在在線測量方面一直處于的地位,無論是量具還是在線測量的儀器等都有成熟的產品在業界使用,并且在不斷的發展,在客戶當中*。三豐(mitutoyo)公司的在線測量用的三坐標測量機(mvch-v)也將在國內投入使用。
對于測量數據的分析,在測量業內稱為統計過程控制(statprocesscontrol,spc),是利用特定的圖表和統計方法對測量結果進行分析,可以對設備加工能力、生產過程能力以及加工設備的精度狀況進行評估。例如比較常用的休哈特控制圖,其中包含均值-標準差控制圖、均值-極差控制圖、中位數-標準差控制圖、單位移動極差圖等圖表;6σ統計要求的工序能力指數(cp、cpk等),過程能力指數(pp、ppk等)。相關管理人員可根據這些數據及時地調整設備,zui大程度地減少廢品和提高設備的利用率。這些數據反饋的越及時對生產加工的幫助越大,從而引起了越來越多的企業的重視。三豐公司有一套完整的spc軟件系統,小到量具大到三坐標測量機都可以與此系統連接,甚至可以直接與加工設備連接,形成完整的閉環系統,真正實現自動生產、自動檢測、自動反饋、自動調整的全自動系統。三豐公司自己的生產工廠就使用了這套系統,以滿足日益擴大的市場需求。如何更好地將這套系統與眾多客戶的不同需求地結合在一起將是我們今后的努力方向。
測量儀器復合化
成都工具研究所技術研發中心工程師梁軍:目前的在線測量儀器,以單參數的工位測量為主,而綜合參數的測量還不能滿足需求?,F代生產需要大量的在線綜合測試儀器,以對生產過程進行全面的測試和監控,尤其是對復雜的零件,更需要這類在線測試。諸如齒輪、曲軸等復雜零件的測試,目前在國內還是以計量室儀器為主。因此,根據現代生產所提出的這一要求,需要提供大量在線的、能夠100%測量各類零件的高節拍測量儀器。同時輔以計量室類的儀器,就更能夠對生產過程進行的質量監控。
在國內汽車、摩托車零部件和齒輪制造業中,針對齒輪生產批量大、質量高的要求,成都工具研究所在*先研制出了“cpqf汽車齒輪在線測量儀”,可測齒輪誤差項目包括:功能齒厚、徑向綜合偏差、徑向跳動、平均齒向偏差、齒向偏差、錐度誤差、毛刺等。該儀器可實現汽車齒輪生產的快速100%的檢測,而且可以根據誤差統計分析的結果,實現工藝診斷,從而提高齒輪的制造水平。該儀器綜合了光、機、電及計算機的綜合測量技術,并取得了一定的技術突破。同時也申請了3項發明和2項新型實用,通過了四川省*組織的技術鑒定,于2005年4月11~17日在北京展覽中心舉辦的第九屆中國機床展覽會上展出。
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