車間型測量機在動力總成檢測的應(yīng)用

文/高仕偉·?？怂箍禍y量技術(shù)(青島)有限公司

車間型測量機在動力總成檢測的應(yīng)用

文/高仕偉·?？怂箍禍y量技術(shù)(青島)有限公司

通過描述動力總成企業(yè)對檢測規(guī)劃、設(shè)備選型到測量系統(tǒng)的驗收，再到動力總成生產(chǎn)線設(shè)備調(diào)試、設(shè)備驗收至批量生產(chǎn)的幾大工作步驟，闡述選擇車間型測量機系統(tǒng)在整個過程中的重要性和必要性，從而得出了車間型測量機系統(tǒng)作為生產(chǎn)線規(guī)劃布局中重要質(zhì)量控制組成單元的必要性和優(yōu)越性。

在整個動力總成加工制造環(huán)節(jié)，零件加工的節(jié)拍將精確到“秒”，如此快節(jié)奏的生產(chǎn)過程要求系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地提供檢測報告。測量報告的快速呈現(xiàn)可以有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量和防止制造產(chǎn)品的批量報廢。同時，通過現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使車間型測量機成為生產(chǎn)過程的一部分，車間型測量機在完成工件測量后將在軟件窗口通過圖形化的標(biāo)識和數(shù)字化報告快速呈現(xiàn)被檢測零件合格與否，同時通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至用戶的數(shù)據(jù)庫管理中心，如目前在全球動力總成方面應(yīng)用廣泛的Q-DAS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

本文主要介紹來自?？怂箍涤嬃康腉lobal Silver SF 測量系統(tǒng)在先進(jìn)動力總成生產(chǎn)線中的配備過程及在制造工程中的有效應(yīng)用。

動力總成檢測規(guī)劃階段

項目規(guī)劃人員將確定在線CMM設(shè)備的數(shù)量，以確保測量效率與加工、抽檢頻次有效配合，這方面將主要考慮測量設(shè)備的動態(tài)性能，如空間運動速度與空間運動加速度、探頭的掃描速度和加速度等。根據(jù)工件的制造精度和加工環(huán)境確定測量設(shè)備的精度及設(shè)備類型，這方面主要考慮測量設(shè)備MPEE，MPEP，MPETHP/t等ISO-10360指標(biāo)以及探測系統(tǒng)的承載能力(懸掛加長桿和探針的重量及長度）。同時，根據(jù)用戶現(xiàn)場的需求配備相關(guān)輔助系統(tǒng)，如：用于車間環(huán)境下穩(wěn)定電壓、氣壓的PUP系統(tǒng)，用于用戶進(jìn)行快速、安全更換工件的上下料系統(tǒng)，用于確保工件測量狀態(tài)和穩(wěn)定性的夾具系統(tǒng)和用于適應(yīng)車間環(huán)境防塵等。圖1展示了完整的車間型測量機測量系統(tǒng)；Global Silver SF機型擁有866mm/s的空間移動速度和2600mm/s2的空間加速度與加工效率完美匹配，配備了Leitz LSP-X5系列探頭，支持最大負(fù)重500g，最大加長長度500mm，將確保動力總成部件在高精度條件下一次性完成接觸掃描測量。

車間型測量系統(tǒng)的驗收

不是任意一款測量系統(tǒng)都適應(yīng)生產(chǎn)車間的環(huán)境。按照車間的規(guī)劃以及對成本的考慮，生產(chǎn)車間的溫度一般控制在15～30℃之間，測量系統(tǒng)在生產(chǎn)車間安裝后，將根據(jù)控制計劃的要求編輯完成測量程序，按照前期規(guī)劃的要求控制檢測的節(jié)拍。在車間環(huán)境下完成機器精度及測量程序驗證，其中最重要的驗證為按MSA的要求完成測量設(shè)備的GR&R。GR&R的指標(biāo)由重復(fù)性和再現(xiàn)性兩項指標(biāo)組成，廣義上可以理解為這兩項指標(biāo)的誤差值占尺寸總公差的10%視為測量系統(tǒng)通過。

GR&R測試通過確定了測量系統(tǒng)可以用于生產(chǎn)線的驗收及生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。由于GR&R測試使用加工工件并涵蓋整個零件尺寸，整個測試過程一般會超過48h。在寬溫度環(huán)境下，測量系統(tǒng)的寬溫帶設(shè)計以及溫度補償功能在整改測試環(huán)節(jié)中將起到至關(guān)重要的作用；Global Silver SF機型配備結(jié)構(gòu)性溫度補償系統(tǒng)，是針對時間/空間溫度波動進(jìn)行測量結(jié)果補償?shù)男录夹g(shù)?；?5個溫度傳感器(測量機上14個，工件上1個）所組成的網(wǎng)絡(luò)，可識別測量機和被測工件溫度的變化并對測量結(jié)果進(jìn)行補償。這種技術(shù)不僅考慮了材料的自然線性擴張，也通過測量機的數(shù)學(xué)模型，考慮了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變化。因此，測量機可在15～35℃的寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測量。

圖1 完整的車間型測量機測量系統(tǒng)

用于生產(chǎn)線的驗收階段

在這個過程中，車間型測量機將提供測量數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)制造設(shè)備供應(yīng)商調(diào)整加工設(shè)備。在這個階段，測量系統(tǒng)大約需要在車間環(huán)境下連續(xù)工作約60天的時間，測量系統(tǒng)的誤差將直接影響Cm， Cmk的能力指數(shù)，其中環(huán)境溫度的變化對整個測試過程的影響是最大的。同時，測量軟件將提供設(shè)備驗收支持的用戶界面及產(chǎn)生符合Q-DAS規(guī)范的數(shù)據(jù)報告。通過車間型測量機提供的首件(1parts）、5parts、50parts的數(shù)據(jù)，質(zhì)量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進(jìn)行能力分析，判斷生產(chǎn)制造設(shè)備是否可以通過驗收。通常使用能力指數(shù)Cm，Cmk表示。PQC尺寸能力一般要求在2.0以上，STD尺寸能力一般要求在1.33以上。

車間型CMM用于PPAP階段

當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備完成驗收后用戶將使用加工機床連續(xù)加工250個工件或更多，然后通過每2～5件的方式使用車間型CMM進(jìn)行抽檢，一般需要得到至少125個工件的Q-DAS數(shù)據(jù)。質(zhì)量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進(jìn)行能力分析，通常使用能力指數(shù)Pp，Ppk表示。PQC尺寸能力一般要求在1.67以上，STD尺寸能力一般要求在1.33以上，以此判斷判斷是否可以進(jìn)入SOP階段。在這個階段，測量系統(tǒng)將連續(xù)運行約120h左右，測量的效率以及車間的溫度變化都將影響PPAP階段的進(jìn)程。同時，測量設(shè)備的誤差也將直接影響Pp，Ppk的結(jié)果。換而言之，測量系統(tǒng)的誤差比越小越能真實地反映加工線的加工能力。

車間型CMM用于SOP

當(dāng)完成PPAP后已確定生產(chǎn)線處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。此時，車間型CMM系統(tǒng)將用于生產(chǎn)過程的工件抽檢環(huán)節(jié)，這個測量過程是一個長期恒定的檢測過程，整個檢測周期將跨越4個季節(jié)，也就意味著測量系統(tǒng)將經(jīng)歷15～30℃的漸變過程，這對測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。現(xiàn)場操作人員將根據(jù)質(zhì)量工程師和現(xiàn)場ME的要求，對生產(chǎn)制造工件首件、中件、末件、不定期抽查件和換刀件、換型件進(jìn)行檢測。車間型CMM軟件操作界面將提供一切可以用于追查質(zhì)量的輔助信息交付窗口，如為用戶提供2D matrix 掃描槍，用戶可以使用掃描槍掃描噴在零件上的2D碼，軟件將根據(jù)2D matrix的編碼信息自動完成測量程序的選擇、生產(chǎn)線編號等，并且提供可選擇的測量目的以及操作者的信息等等。車間型CMM軟件操作界面還將提供用戶選擇測量程序的交付窗口，通過該窗口用戶可以根據(jù)需求按工序測量、按刀具測量、按項目或尺寸測量。在提高檢測效率的同時降低操作的復(fù)雜性和出錯的概率。

圖2 能力證明階段

車間型CMM提供的報告

在完成檢測后將提供三種形式的測量報告用于現(xiàn)場操作者、ME、質(zhì)量工程師和用戶不同目的數(shù)據(jù)分析。“紅、黃、綠”臉報告用于現(xiàn)場操作人員快速判斷加工工件的狀態(tài)。紅臉表示超差，綠臉表示合格，黃臉表示超過公差的80%需操作人員注意并通知現(xiàn)場ME?！皽y量報告”用于現(xiàn)場ME調(diào)整測量設(shè)備或更換刀具?！癚-DAS報告”用于上傳至Q-DAS數(shù)據(jù)庫，用于質(zhì)量工程師進(jìn)行按每月或每季度的生產(chǎn)能力分析，及時對生產(chǎn)線的加工能力和生產(chǎn)設(shè)備的加工狀態(tài)做出正確判斷，有效防止加工失效和批量報廢的產(chǎn)生。同時，質(zhì)量工程師也可以根據(jù)車間型CMM輸入的輔助信息，在Q-DAS數(shù)據(jù)庫中按照時間、加工設(shè)備、操作者等進(jìn)行篩選，準(zhǔn)確獲得希望分析的數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代質(zhì)量控制技術(shù)和統(tǒng)計分析軟件在生產(chǎn)過程中的有效應(yīng)用，測量設(shè)備提供的檢測數(shù)據(jù)將不僅僅用于判斷某一測量工件是否合格，而是更多用于提供長期的數(shù)據(jù)采集。通過對長期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，動力總成的規(guī)劃人員可以對生產(chǎn)設(shè)備的后期規(guī)劃提供理論支持，動力總成的ME人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計算出更優(yōu)的生產(chǎn)節(jié)拍、刀具壽命和更換加工設(shè)備零件的周期，動力總成質(zhì)量人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計算出目前生產(chǎn)工件的質(zhì)量狀態(tài)從而可以量化質(zhì)量能力（圖2）。車間型測量機系統(tǒng)因更接近生產(chǎn)制造現(xiàn)場而大大縮短了送檢周期，同時，它更接近現(xiàn)場的工件制造環(huán)境，和不需要建立單獨的溫控測量間將有效地消除加工環(huán)境與測量環(huán)境不一致的問題以及檢測成本的問題。因此，車間型測量機系統(tǒng)將成為動力總成質(zhì)量在線控制規(guī)劃的首選。