無(wú)線(xiàn)數(shù)字化量具在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用

史藝廣 國(guó)防科技大學(xué)

一、引言

隨著現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)的需求，適應(yīng)生產(chǎn)加工環(huán)境、數(shù)顯數(shù)字化、專(zhuān)用高效量具成為其發(fā)展趨勢(shì)[1]。目前，數(shù)字化量具使用普遍，多數(shù)數(shù)字化量具同時(shí)配備了數(shù)據(jù)傳輸接口。近幾年無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展迅速，在通用量具中也實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)功能模塊的小型化、嵌入化及集成化，推動(dòng)了無(wú)數(shù)數(shù)據(jù)傳輸量具的普及應(yīng)用[2]。同時(shí)，更加專(zhuān)業(yè)的、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)也逐步出現(xiàn)和投入應(yīng)用，是檢測(cè)行業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)[3]。

在實(shí)際工作中，多數(shù)企業(yè)數(shù)字化量具的使用只是利用了讀數(shù)方便的這一特點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果記錄、合格判斷仍需人工處理，測(cè)量效率沒(méi)有明顯改善，未能充分利用數(shù)字化量具的數(shù)據(jù)傳輸功能，究其原因，主要為數(shù)據(jù)傳輸功能需要在完善的數(shù)據(jù)記錄和處理系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用，而一般的制造信息化推進(jìn)重點(diǎn)在加工過(guò)程與加工任務(wù)管理，檢測(cè)信息化未予同步支持。

本文針對(duì)數(shù)字化量具應(yīng)用的上訴問(wèn)題，提出利用EXCEL的數(shù)據(jù)處理能力，充分發(fā)揮數(shù)字化量具的功用，提高測(cè)量效率，并在工件螺紋檢測(cè)中進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。

二、總體方案

（一）系統(tǒng)組成

總體思路是，以計(jì)算機(jī)為載體，基于先進(jìn)數(shù)字化量具的數(shù)據(jù)傳輸功能，將測(cè)量數(shù)據(jù)獲取至EXCEL表格中，再利用EXCEL的數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)行測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判斷，并具有可視化顯示與不合格警示功能，減少人工記錄與計(jì)算的工作量，提高批量檢測(cè)效率和檢測(cè)過(guò)程質(zhì)量控制。應(yīng)用的各部分軟硬件，實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，形成應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1。

圖1 無(wú)線(xiàn)數(shù)字化量具應(yīng)用系統(tǒng)組成

（二）具體功能

按照簡(jiǎn)化操作提高效率的目的，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足如下功能要球：

1.無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸，并自動(dòng)載入數(shù)據(jù)處理表；

2.能進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)計(jì)算及符合性判斷；

3.測(cè)量結(jié)果可視化，不合格情況顯現(xiàn)化；

4.能形成規(guī)范統(tǒng)一的測(cè)量記錄。

（三）試點(diǎn)對(duì)象

便攜式螺紋測(cè)量?jī)x，主要用于工件螺紋的測(cè)量，其顯示部分為通用的數(shù)顯指示表（馬爾1086 Ri），并帶有無(wú)線(xiàn)傳輸功能，傳輸距離為6米。因此，本文基于此螺紋測(cè)量?jī)x，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)螺紋檢測(cè)進(jìn)行改進(jìn)。

三、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集方案

（一）帶有無(wú)線(xiàn)功能的數(shù)字化量具

無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集方案主要利用量具廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)成熟的技術(shù)，本應(yīng)用中數(shù)字化量具為馬爾1086 Ri數(shù)顯千分表（圖2左），其內(nèi)置無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)MarConect i-wi，無(wú)需數(shù)據(jù)線(xiàn)即可將數(shù)據(jù)傳輸至EXCEL或以鍵盤(pán)代碼的方式傳輸至任何兼容Windows的程序。

圖2 1086 Ri數(shù)顯千分表及i-Stick無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)接收棒

（二）無(wú)需數(shù)據(jù)接收棒及數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)由量具內(nèi)置無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)發(fā)射，數(shù)據(jù)接收棒i-Stick（圖2右）接收，與計(jì)算機(jī)通過(guò)USB相連接，接收范圍為6m，可同時(shí)接收8個(gè)無(wú)線(xiàn)量具的數(shù)據(jù)。

無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集軟件MarCom專(zhuān)門(mén)用于馬爾量具，同時(shí)可以對(duì)每個(gè)連接的量具設(shè)置其數(shù)據(jù)采集指令方式（計(jì)時(shí)、鍵盤(pán)或其他），數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈募?、具體位置以及設(shè)置文件模板等。

經(jīng)過(guò)連接測(cè)試，該軟件可通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，即可將測(cè)量數(shù)據(jù)送至目標(biāo)文件的目標(biāo)單元格，并通過(guò)制定數(shù)據(jù)錄入的行列及循環(huán)規(guī)則，完成批量數(shù)據(jù)采集工作。

四、測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判讀

測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判讀是本文介紹的重點(diǎn)，主要內(nèi)容包括：一、通過(guò)對(duì)EXCEL中各類(lèi)公式、函數(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判讀；二、對(duì)判讀后的測(cè)量結(jié)果采取可視化顯示，方便測(cè)量人員識(shí)別；三、設(shè)置規(guī)范的記錄模板，利用函數(shù)簡(jiǎn)化信息填寫(xiě)，最終利用EXCEL形成的帶有測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判讀、可視化顯示及便捷的信息填寫(xiě)功能的測(cè)量記錄表（圖3），下面依次介紹其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

圖3 工件螺紋檢測(cè)記錄表

（一）測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判讀

1.判讀標(biāo)準(zhǔn)的建立。要實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的自動(dòng)判讀，首先要錄入被測(cè)特性的公差范圍，本次應(yīng)用以工件螺紋為對(duì)象，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建立了螺紋公差表，用于后續(xù)測(cè)量結(jié)果的判讀比對(duì)。

2.判讀規(guī)則的建立與實(shí)現(xiàn)。判讀規(guī)則主要利用EXCEL中的IF函數(shù)實(shí)現(xiàn)，如“=IF(AND(C14＜=(C5+E5),C14＞=(C5+G5)),C14,"-")”，語(yǔ)句含義為：如果C14小于等于C5+E5并且大于等于C5+G5時(shí)，為這個(gè)單元格返回C14的值，否則返回“-”，其中C14是螺紋中徑測(cè)量值（C列14行）的其中一個(gè)，C5為螺紋中徑理論值，E5和G5分別為中徑上公差和下公差，如此即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的自動(dòng)判讀。

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，由于螺紋測(cè)量?jī)x是比較測(cè)量?jī)x器，輸出的是偏差值，因此合格判讀之前還需進(jìn)行螺紋中徑實(shí)際值的計(jì)算。

值得注意的是，螺紋測(cè)量?jī)x也可以直接顯示被測(cè)螺紋中徑的實(shí)際值，前提時(shí)要在數(shù)顯千分表中設(shè)置預(yù)置值，這種方式只適合用于一種規(guī)格的被測(cè)螺紋，如果螺紋規(guī)格變化，需重新設(shè)置，比較繁瑣。本文通過(guò)EXCEL進(jìn)行了自動(dòng)處理，實(shí)際測(cè)量時(shí)，螺紋測(cè)量?jī)x僅用標(biāo)準(zhǔn)螺紋規(guī)對(duì)零位即可。

（二）測(cè)量結(jié)果可視化顯示

本文所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果可視化顯示主要分兩類(lèi)，一是測(cè)量結(jié)果所在公差帶位置；二是不合格測(cè)量結(jié)果的突出顯示，實(shí)現(xiàn)方式主要是利用EXCEL中條件格式的功能實(shí)現(xiàn)。

1.測(cè)量結(jié)果所在公差帶位置顯示。在EXCEL條件格式中的“數(shù)據(jù)條”功能，通過(guò)設(shè)置格式規(guī)則，建立一個(gè)單元格，其數(shù)值設(shè)置為螺紋中徑測(cè)量值，數(shù)據(jù)條的“最短”和“最長(zhǎng)”的值分別設(shè)為螺紋中徑的上下公差值，這樣此單元格數(shù)據(jù)條的長(zhǎng)度就代表測(cè)量值相對(duì)于公差帶范圍的長(zhǎng)度。

上述設(shè)置不能表示測(cè)量結(jié)果超差的情況，因此，需另建兩個(gè)單元格，分別表示測(cè)量值偏小及測(cè)量值偏大的情況。

2.不合格測(cè)量結(jié)果的突出顯示。利用條件格式中“突出顯示”規(guī)則，對(duì)工件螺紋檢測(cè)記錄表中“是否合格”一列內(nèi)容，根據(jù)其值進(jìn)行突出顯示，當(dāng)出現(xiàn)“否”時(shí)加底紋，并紅色突出顯示。

當(dāng)然，在突出顯示之前，是否合格的值是由函數(shù)通過(guò)自動(dòng)判讀得到的。

（三）利用函數(shù)簡(jiǎn)化信息填寫(xiě)

考慮測(cè)量記錄需要填寫(xiě)被測(cè)產(chǎn)品、測(cè)量設(shè)備、測(cè)量人員以及測(cè)量時(shí)間等信息，在進(jìn)行自動(dòng)判讀時(shí)還需要被測(cè)特性的公差信息，因此對(duì)常用固定信息建立了各類(lèi)數(shù)據(jù)匯總表，包括工件螺紋公差表、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)信息表、螺紋測(cè)量?jī)x信息表，再利用EXCEL中的查找函數(shù)（LOOKUP）進(jìn)行查找引用，簡(jiǎn)化了人工填寫(xiě)的工作量。

1.螺紋公差信息自動(dòng)填寫(xiě)。以螺紋公差信息填寫(xiě)為例，螺紋公差信息包含了規(guī)格、理論值、上公差及下公差。首先需要人工識(shí)別被測(cè)工件螺紋規(guī)格，規(guī)格確定后，EXCEL的LOOKUP函數(shù)便可以按照規(guī)格從工件螺紋公差表中查找其他的信息。中徑理論值的查找公式為“=LOOKUP(B5,工件螺紋公差表!B3:B102,工件螺紋公差表!C3:C102)”，其含義是：在工件螺紋公差表的B列第3至102行查找值等于本表（工件螺紋檢測(cè)記錄表）中B5的單元格，然后返回工件螺紋公差表中C列相應(yīng)行中單元格的值。按照上述方法，同樣設(shè)置中徑上公差及下公差的查找公式，如此，僅填寫(xiě)螺紋規(guī)格，EXCEL函數(shù)即可自動(dòng)完成多個(gè)公差信息的填寫(xiě)工作，有效簡(jiǎn)化了工作量。

2.螺紋規(guī)格信息填寫(xiě)。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化填寫(xiě)工作，本文又利用了EXCEL的“數(shù)據(jù)有效性”功能，這樣螺紋規(guī)格的填寫(xiě)就變成了下拉式菜單選擇的方式，進(jìn)一步提升工作效率的同時(shí)，也能保證填寫(xiě)的規(guī)范性，保障公差信息自動(dòng)查找的準(zhǔn)確性。

同理，可實(shí)現(xiàn)螺紋測(cè)量?jī)x以及每次測(cè)量前對(duì)零使用的螺紋標(biāo)準(zhǔn)規(guī)信息的下拉式選擇和自動(dòng)填寫(xiě)。

3.日期信息的自動(dòng)填寫(xiě)。作為檢測(cè)記錄表，檢測(cè)時(shí)間是必須填寫(xiě)的信息，本文利用EXCEL的時(shí)間函數(shù)“=TODAY()”，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)日期的自動(dòng)填寫(xiě)。

五、實(shí)際應(yīng)用及其他考慮

（一）檢測(cè)記錄表數(shù)據(jù)保護(hù)

由于檢測(cè)記錄表中含有大量的公式及函數(shù)，且工作簿還有其他信息數(shù)據(jù)源，一旦誤更改，將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判斷出錯(cuò)或失效，因此有必要利用EXCEL數(shù)據(jù)保護(hù)功能進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。最終效果是工件螺紋檢測(cè)記錄表中，僅有產(chǎn)品名稱(chēng)、任務(wù)號(hào)、圖號(hào)、工序、檢測(cè)人員、備注單元格可以編輯，螺紋規(guī)格、測(cè)量?jī)x名稱(chēng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)編號(hào)單元格可以下拉選擇外，其他單元格及工作表均無(wú)法編輯和更改。

（二）有效數(shù)據(jù)源的更新維護(hù)

后續(xù)有新規(guī)格螺紋需要測(cè)量，需要先對(duì)工件螺紋公差信息表進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)重新設(shè)置工件螺紋檢測(cè)記錄表中“螺紋規(guī)格”的數(shù)據(jù)有效性后，才能正常使用。螺紋測(cè)量?jī)x信息表及螺紋標(biāo)準(zhǔn)規(guī)信息表同樣需要根據(jù)實(shí)際情況維護(hù)更新。

六、總結(jié)

本文充分發(fā)揮了無(wú)線(xiàn)數(shù)字化量具的數(shù)據(jù)傳輸功能，深度利用了EXCEL的各類(lèi)數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，測(cè)量結(jié)果自動(dòng)判讀及可視化顯示，優(yōu)化了測(cè)量記錄填寫(xiě)過(guò)程。以工件螺紋批量檢測(cè)為試點(diǎn)，進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了有效提升檢測(cè)效率，規(guī)范檢測(cè)過(guò)程的目的。

本文所用具體實(shí)現(xiàn)方法不一定是最優(yōu)的，但以實(shí)例的形式給出了一種簡(jiǎn)單的、容易實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)數(shù)字化量具應(yīng)用方法，而不需要購(gòu)置或開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)的、網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)量管理信息系統(tǒng)。