現(xiàn)代化的動(dòng)力總成加工車間將配備高速、高精度的加工制造設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的控制平臺(tái)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)提出了更新、更高的技術(shù)要求。本文通過描述動(dòng)力總成企業(yè)對(duì)檢測(cè)規(guī)劃、設(shè)備選型到測(cè)量系統(tǒng)的驗(yàn)收，再到動(dòng)力總成生產(chǎn)線設(shè)備調(diào)試、設(shè)備驗(yàn)收至批量生產(chǎn)的幾大工作步驟，闡述選擇車間型測(cè)量機(jī)系統(tǒng)在整個(gè)過程中的重要性和必要性，從而得出了車間型測(cè)量機(jī)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(gè)動(dòng)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)過程要求快速、準(zhǔn)確的提供檢測(cè)報(bào)告。測(cè)量報(bào)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(bào)廢。同時(shí)，通過現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使車間型測(cè)量機(jī)成為生產(chǎn)過程的一部分，車間型測(cè)量機(jī)在完成工件測(cè)量后將在軟件窗口通過圖形化的標(biāo)識(shí)和數(shù)字化報(bào)告快速呈現(xiàn)被檢測(cè)零件合格與否，同時(shí)將通過網(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(dòng)力總成方面應(yīng)用廣泛的Q-DAS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
本文將介紹來自?？怂箍涤?jì)量的Global Silver SF 測(cè)量系統(tǒng)在先進(jìn)動(dòng)力總成生產(chǎn)線中的配備過程及在制造工程中有效應(yīng)用。
動(dòng)力總成檢測(cè)規(guī)劃階段：項(xiàng)目規(guī)劃人員將確定在線CMM設(shè)備的數(shù)量，以確保測(cè)量效率與加工、抽檢頻次有效配合，這方面將主要考慮測(cè)量設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能，如空間運(yùn)動(dòng)速度與空間運(yùn)動(dòng)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(cè)量設(shè)備的精度及設(shè)備類型，這方面主要考慮測(cè)量設(shè)備MPEE, MPEP，MPETHP/t等ISO-10360指標(biāo)以及探測(cè)系統(tǒng)的承載能力(懸掛加長(zhǎng)桿和探針的重量及長(zhǎng)度)。同時(shí)，根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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；“圖一”中展示了一個(gè)動(dòng)力總成生產(chǎn)線的在線測(cè)量機(jī)布局規(guī)劃。“圖二”展示了完整的車間型測(cè)量機(jī)測(cè)量系統(tǒng)；Global Silver SF機(jī)型擁有866 mm/s的空間移動(dòng)速度和2600 mm/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500克，最大加長(zhǎng)長(zhǎng)度500 mm，將確保動(dòng)力總成部件在高精度條件下一次性完成接觸掃描測(cè)量。
車間型測(cè)量系統(tǒng)的驗(yàn)收：不是任意一款測(cè)量系統(tǒng)都適應(yīng)與生產(chǎn)車間的環(huán)境，按照車間的規(guī)劃以及對(duì)成本的考慮，生產(chǎn)車間對(duì)溫度控制一般在15℃至30℃之間，測(cè)量系統(tǒng)在生產(chǎn)車間安裝后，將根據(jù)控制計(jì)劃的要求編輯完成測(cè)量程序，按照前期規(guī)劃的要求控制檢測(cè)的節(jié)拍。在車間環(huán)境下完成機(jī)器精度及測(cè)量程序驗(yàn)證，其中最重要的驗(yàn)證為按MSA的要求完成測(cè)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(xiàng)指標(biāo)組成，廣義上可以理解為這兩項(xiàng)指標(biāo)的誤差值占尺寸總公差的10%視為測(cè)量系統(tǒng)通過。
GR&R(見圖三)的通過確定了測(cè)量系統(tǒng)可以用于生產(chǎn)線的驗(yàn)收及生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。由于GR&R測(cè)試使用加工工件并涵蓋整個(gè)零件尺寸，整個(gè)測(cè)試過程一般會(huì)超過48小時(shí)。在寬溫度環(huán)境下，測(cè)量系統(tǒng)的寬溫帶設(shè)計(jì)以及溫度補(bǔ)償功能在整改測(cè)試環(huán)節(jié)中將起到至關(guān)重要的作用；Global Silver SF機(jī)型配備結(jié)構(gòu)性溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，是針對(duì)時(shí)間/空間溫度波動(dòng)進(jìn)行測(cè)量結(jié)果補(bǔ)償?shù)男录夹g(shù)?；?5個(gè)溫度傳感器(測(cè)量機(jī)上14個(gè)，工件上1個(gè))所組成的網(wǎng)絡(luò)，可識(shí)別測(cè)量機(jī)和被測(cè)工件溫度的變化并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。這種技術(shù)不僅考慮了材料的自然線性擴(kuò)張，也通過測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型，考慮了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變化。因此測(cè)量機(jī)可在15 - 35°C的寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量；圖四中展示在42小時(shí)溫度漸變中結(jié)構(gòu)型溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的表現(xiàn)。
用于生產(chǎn)線的驗(yàn)收階段：在這個(gè)過程中車間型測(cè)量機(jī)將提供測(cè)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(gè)階段，測(cè)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(shí)間，測(cè)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(duì)整個(gè)測(cè)試過程的影響是最大的。同時(shí)，測(cè)量軟件將提供設(shè)備驗(yàn)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(bào)告。通過車間型測(cè)量機(jī)提供的首件(1parts)、5parts 、50 parts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(yàn)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)。圖五、圖六將展示Q-DAS用戶判斷機(jī)床加工能力的各階段報(bào)告。
車間型CMM用于PPAP階段：當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備完成驗(yàn)收后用戶將使用加工機(jī)床連續(xù)加工250個(gè)工件或更多，然后通過每2件或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(gè)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)，判斷是否可以進(jìn)入SOP階段。評(píng)估報(bào)告與圖片六相同。在這個(gè)階段，測(cè)量系統(tǒng)將連續(xù)運(yùn)行約120個(gè)小時(shí)左右，測(cè)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(shí)，測(cè)量設(shè)備的誤差也將直接影響Pp,Ppk的結(jié)果。換而言之，測(cè)量系統(tǒng)的誤差比越小越能真實(shí)的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(jì)受控狀態(tài)。此時(shí)，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(gè)測(cè)量過程是一個(gè)長(zhǎng)期恒定的檢測(cè)過程，整個(gè)檢測(cè)周期將跨越4個(gè)季節(jié)，也就意味著測(cè)量系統(tǒng)將經(jīng)歷15℃至30℃的漸變過程，這對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員將根據(jù)質(zhì)量工程師和現(xiàn)場(chǎng)ME的要求，對(duì)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(cè)。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(dòng)完成測(cè)量程序的選擇、生產(chǎn)線編號(hào)等，并且提供可選擇的測(cè)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(cè)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(cè)量、按刀具測(cè)量、按項(xiàng)目或尺寸測(cè)量。在提高檢測(cè)效率的同時(shí)降低操作的復(fù)雜性和出錯(cuò)的概率（見圖七）。
車間型CMM提供的報(bào)告：在完成檢測(cè)后將提供三種形式的測(cè)量報(bào)告用于現(xiàn)場(chǎng)操作者、ME和質(zhì)量工程師用戶不同目的數(shù)據(jù)分析。“紅、黃、綠臉”報(bào)告（見圖七）用于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)ME。“測(cè)量報(bào)告”（見圖八）用于現(xiàn)場(chǎng)ME調(diào)整測(cè)量設(shè)備或更換刀具。“Q-DAS報(bào)告”用于上傳至Q-DAS數(shù)據(jù)庫（見圖九），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(shí)對(duì)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(bào)廢的產(chǎn)生；同時(shí)，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(shí)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)（見圖十）。
總結(jié)：隨著現(xiàn)代質(zhì)量控制技術(shù)和統(tǒng)計(jì)分析軟件在生產(chǎn)過程中的有效應(yīng)用，測(cè)量設(shè)備提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)將不僅僅用于判斷某一測(cè)量工件是否合格而更多用于提供長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)采集。通過對(duì)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，動(dòng)力總成的規(guī)劃人員可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的后期規(guī)劃提供理論支持，動(dòng)力總成的ME人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)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(dòng)力總成質(zhì)量人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)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。車間型測(cè)量機(jī)系統(tǒng)因更接近生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)大大縮短了送檢周期。同時(shí)，更接近現(xiàn)場(chǎng)的工件制造環(huán)境，和不需要建立單獨(dú)的溫控測(cè)量間將有效的消除加工環(huán)境與測(cè)量環(huán)境不一致的問題以及檢測(cè)成本的問題。因此，車間型測(cè)量機(jī)系統(tǒng)將成為動(dòng)力總成質(zhì)量在線控制規(guī)劃的首選。
注釋1：能力證明階段
注釋2：車間型 CMM自動(dòng)化工作示意圖。
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