制造业进入 21 世纪所面临的挑战现在已为人所熟知，并影响着计量学必须做出的贡献。制造商面临过山车需求、更短的生产周期和更快的产品开发周期带来的不确定的生产量。自动化虽然作为一种降低成本的方式很有吸引力，但需要进行调整。与此同时，市场对质量和零件的要求越来越高，公差也越来越精确。所有这些以及更多因素都推动了对更灵活、更自动化的生产计量设备的需求。
例如，未来的汽车动力总成生产线几乎不需要专门为单个部分或子系统。随着数以百万计的生产运行，100% 硬测量的传统概念消失了。 “即使在汽车行业，[今天] 的零件运行量也达到了 100,000 次。一些公司正在配置灵活的生产设置以在 s 上运行多个引擎组件相同的系列：一周一个 6 缸曲柄，第二天一个 5 缸曲柄，下一个 4 缸曲柄，”Hommel-Etamic（密歇根州罗切斯特山）的副总裁 Andreas Blind 表示赞同。灵活、可重构的计量是未来的需求。他解释说，硬质量具和夹具量具仍然非常有用，但今天它们可以与灵活的解决方案结合使用，或者考虑到重组和重新配置。在速度、灵活性和成本之间仍然存在权衡。 “这并不意味着硬测量装置会消失，”他解释道。 “这确实意味着你可以更灵活地构建它们，这样你就可以非常快速地重组它们。”该公司使用三种基本的计量技术：气动、触觉和光学。每个都集成到灵活或专用的测量解决方案中，具体取决于客户的预算和对灵活性的期望。
Hommel-Etamic Wavemove与此同时，Hommel-Etamic 等公司正在扩展现成的生产计量。一个很好的例子就是盲点to 是他们的 Opticline 系列光学计量系统。这些设计用于直接在生产车间测量长而圆的工件，如曲轴、凸轮轴和驱动轴。LED 光源照亮在夹具上旋转的轴。高分辨率 CCD线传感器捕获轮廓阴影，在工件旋转时以数字方式测量轮廓。这条线中的模型可测量小至燃油喷射器喷嘴或医用针头以及大至 2500 毫米飞机发动机轴的零件。程序员使用示教方法来创建零件程序。他们在需要时调用程序并在几秒钟内测量工件。
专门用于自动化
对于这个主题很重要, 公司设计Opticline Contour Automatic (CA) 300/500/800系列专门用于自动化的 100% 在线检测机器。直径精度为 (2 + D/100) 微米，长度精度为 (5 + L/100) 微米，均符合 ISO 10360。测量包括长度、直径、角度、半径、跳动、圆度、偏心率、圆柱度、直线度、形状
Wavemove 自动表面粗糙度和轮廓测量系统是该公司于 2011 年发布的另一款测量设备，最近引入北美以满足日益增长的需求自动测量。该设备包括多达七个 CNC 轴，用于对复杂的轴或棱柱形零件（如汽车曲轴、气缸盖、发动机缸体或变速器外壳）进行完整的高精度测量和评估。
“我们区分可重组和灵活，”马波斯公司（密歇根州奥本山）新市场开发经理 Gary Sicheneder 说。ve 组件或更改 [过程量具] 的组件，以便为下一部分做好准备。”另一方面，灵活的量具意味着它已准备好检查所有设计要检查的零件。马波斯根据应用需求提供这两种方法。
马波斯也看到了制造商处理生产线和测量方式的变化。根据 Sicheneder 的说法，越来越多的趋势是计划生产线持续 5 年或 10 年，这将具有较短的生产持续时间（生命周期），同时计划运行多个部件，这些部件将在这段时间内发生变化。这意味着交付一个系统，允许在每次更改基本几何包络内的零件时进行较小的重新加工。例如，他们可能需要为一系列凸轮轴、曲轴或刹车片轻松改装量具。虽然灵活性有限，但只要在开始时正确规划生产线，它就具有成本效益并满足制造商的需求。
模块化符合标准
作为回应，马波斯为一组标准零件开发了标准的模块化概念。他们围绕这些配置要测量的零件的详细信息。尺寸测量采用线性可变差动变压器 (LVDT) 触摸传感器、光电系统，甚至通过涡流进行无损检测。一个很好的例子是公司的新 M50 测量系统。 M50 基于标准模块化架构，可执行尺寸、几何和无损测量。 Marposs 机器和台量规产品经理 Roger Zeoli 展示了一种可以测量八种不同制动转子的量规，提供有关直径、厚度、锥度、平行度、垂直度和跳动的数字数据。另一个例子是他们的 M110 自动检测机，可以测量轴状零件配置的尺寸和几何参数。该系统包括重新校准的自动掌握。 “它c每 25-30 秒收集大约 100 个测量值，”Zeoli 说。
图片由 Hommel-Etamic & 提供Bruce Morey与可重组的模块化概念一样具有成本效益，Marposs 还提供真正灵活的零件测量，并使用光电测量进行检测。他们的 Optoquick 装置还在封闭结构的箱体中使用阴影投射。专为车间设计，采用水平或垂直结构布局。他们设计这个也是为了检查轴类零件。测量程序以电子方式存储并为每个零件选择。与其他系统类似，可测量的零件数量仅受其物理尺寸和重量的限制，具体取决于特定的量具模型类型。另一个使用光电技术检测的加固设计是 Marposs 的 M110 M100 Optoflex。制造商研究人员可以将其集成到生产线中，或将其用作审核站，或用作后处理检查。
车间 CMM
虽然过去称为硬测量的东西正在变得越来越流行更灵活，提供数字数据而不是简单的通过/不通过检查，在测量范围的另一端，CMM 正在寻找进入车间的途径。一个例子是 Hexagon（北金斯敦，罗德岛）最近发布的新系列 Brown & Sharpe CMMs，即 4.5.4 SF，专为车间便携式使用而设计。对于 CMM 来说，它的占地面积很小，仅为 1326 × 833 × 2019 mm，可以通过标准门。测量范围为 355 × 514 × 353 mm，在环境温度 (ISO 10360) 下 MPEE 的最佳探测误差为 3.1 + (3L/1000) 微米。
随着 CMM 在车间变得越来越熟悉，将它们自动化是合乎逻辑的下一个要求。 “我们看到对自动化 CMM 的要求增加了三到四倍，仅过去几年，”海克斯康计量公司特殊系统组的 Scott Everling 说。为什么？ Everling 说：“随着 CNC 机床变得越来越自动化，人们问他们是否可以使测量他们制造的零件的 CMM 自动化。”
他看到了需求因为这种精确的过程控制在非公路、重型设备、医疗和航空发动机行业变得越来越普遍。 “主要的原始设备制造商正在向他们的供应商征收这项要求，”他解释道。全自动 CMM 适用于拥有 100–200 个零件的加工车间或其他组织。 “他们可以将它们放在托盘或墓碑中，并在没有人在场的情况下在第二班或第三班高效地运行它们，”Everling 说。他还在大批量工厂中看到了 CMM 的一些机器人加载自动化，例如生产汽车车轴的生产线。
为了自动化他们的 CMM 生产线，Everling点值得注意的是，Hexagon 已经开发了一个附加套件来与自动化一起工作，目标是第三方自动化集成商。这包括输送机自动化以及机器人材料处理。 “它直接在坐标测量机控制器上工作，向集成自动化系统发送有关其状态的信息，例如它是在运行、停止还是安全加载，”Everling 解释说。
“近线”计量
他还警告说，必须将车间的 CMM 视为量具 R&R 设备。即使在使用车间 CMM 以确保完美的可重复性时，质量专业人员也可能会遗漏偏差或偏移。根据 Everling 的说法，要检查绝对精度，需要一个单独的 CMM，理想情况下，该 CMM 应位于一定距离外的受控环境中。
由于速度和吞吐量，车间中的 CMM地板上的“近线”计量站多于“在线”。更好地使用它们——取决于周期时间—与 100% 检查相比，使用 SPC 技术进行过程控制。
仍然有优势。 “CMM 本质上比其他类型的计量设备更灵活，可以提供更多数据，”Everling 说，“但这也使它们在自动化方面受到一定程度的限制。”为了克服其中的一些限制，Hexagon 提供了另一种用于车间自动化计量的工具，即 Cognitens WLS400A 白光扫描仪。使用数码相机和结构光（现在实际上是蓝色的），数据捕获速度如此之快，以至于振动不再是影响数据准确性的因素。专为自动化而设计，其中一些优势包括其 500 × 500 毫米的覆盖范围、测量整个表面以及生成 3-D 模型作为输出。
帮助为了在工厂车间自动化 CMM，Carl Zeiss Industrial Metrology（Maple Grove，MN）创建了一个标准产品，他们称之为工厂自动化控制系统 (FACS)。FACS 工具包提供了制造商将 CMM 自动化到生产单元所需的大部分内容，以及个别制造商所需的一些定制软件。 FACS 通过 Calypso 和 CMMOS 管理机器人系统控制器与 CMM 控制系统的自动化应用接口之间的接口。两者都是 Zeiss 软件产品，用于对其 CMM 进行编程。目的是通过使用标准接口减少自动化集成商需要编写的代码量。 FACS 系统以半自动、“人为装载机”和全手动模式运行。
他们还为只需要离散 I/的客户提供 FACS Light 系统O 通信为他们的全自动系统。高级软件工程师 Jose Torres 报告说，该公司在推出的四年内在全球安装了 300 多个 FACS，证明了自动化 CMM 的日益普及。
“这迄今为止，[在 FACS 安装中] 最流行的 CMM 是 Centermax CMM，”他说。 “这台机器专门设计用于承受恶劣的工厂环境，并且仍然保持高精度 CMM。第二受欢迎的 CMM 是 Prismo Navigator，在环境受控的外壳内装有 VAST Gold。”
自动电池内检测的优势
为什么还要考虑在单元内实现检测过程的自动化？ Torres 建议使用它来减少工厂设置时间、制造缺陷、产品交付时间以及在某些情况下的直接人工成本。 “[用户]还必须考虑到这些类型的细胞有副产品；这些流程需要知识渊博的员工或服务提供商来长期整合和维护它们，”他说。不是更昂贵的劳动力，而是接受再教育的劳动力。 “我亲眼目睹了公司从三名检查员到一名检查员的转变；然而，另外两个检查员在公司购买了三个单元后，rs 成为了自动化过程专家，”他解释道。他认为所有考虑自动化的客户都应该为这种不可避免的“再教育”范式转变做好准备。
多功能的另一个新概念，柔性量具是来自雷尼绍（伊利诺伊州霍夫曼庄园）的 Equator。这种外观古怪的设备将并联运动机器 (PKM) 与 Renishaw SP25 扫描模拟测头配对。它可以在其 300 × 300 × 150 毫米的工作体积内测量无数种零件，以每秒 1000 点的速度收集数据。 “它不是 CMM，也不打算提供 CMM 的精度，”雷尼绍 CMM/Equator 业务经理 Dave Emmett 说。 “这是一个灵活的量具。”他认为有必要适用于高速“硬”或夹具测量系统以及速度较慢但更准确的 CMM。根据 Emmett 的说法，这两种技术之间的技术差距还存在未满足的需求。
他认为 Equator 是加工车间或制造商的理想选择零件数以千计，各式各样的零件设计。正如 Emmett 所解释的那样，Equator 具有 CMM 的所有多功能性，但绝对精度却没有达到同等水平。 “首先要掌握赤道仪，通常使用在坐标测量机上仔细测量过的零件，然后再测量后续零件并与母版进行比较，”他解释说。
可重复性与准确性
使 Equator 具有可重复性而不使其在绝对意义上准确，使其经济、便携（重量为 25 千克）并且是工作单元测量的理想选择。比较不确定性或重复性为 ±0.002 mm，但要报告准确度绝对意义上的 Cies 需要在工作日内定期重新制作。 Emmett 说：“如果你愿意的话，赤道仪的精度在主零件中得到保持，”就像许多硬量规或夹具量规一样。 “这是一种多功能、软件驱动的[设备]中的比较技术。” Emmett 说，自该系统 2011 年推出以来，已有数十台 Equator 到达现场，并且正在引入常规软件增强功能。
编程可以在机器上或离线完成线使用雷尼绍的 MODUS 包。它也是为自动化工作量身定制的，包括机器人。 24V I/O 系统允许机器人系统集成商将 Equator 纳入自动组合检测和加工单元中。夹具夹具自动接合以进行测量，与自动化控制程序协调。或者，机器人可以更换许多带有固定装置的底座。
与硬测量不同，Equator 的夹具不需要精确。Equator 使用探头测量并使用最佳拟合数学建立基准。“但是，当你这样做时会出现周期时间问题，” Emmett 解释说。投资一个专用的、精确的夹具，将零件定位在可重复性限制内，这意味着无需通过零件探测来建立基准。精确的夹具意味着更快的测量。“这些夹具的成本从几百到 2500 美元不等，具体取决于您的需要， ”Emmett 说。
Renishaw 将 Equator 配置为将测量值的偏移量发送到 CNC 机床控制器，以补偿刀具磨损或温度变化。ME
本文首次发表于制造工程杂志 2012 年 7 月版。
