車間型測量機在動力總成檢測的應用

文/高仕偉·海克斯康測量技術(青島)有限公司

車間型測量機在動力總成檢測的應用

文/高仕偉·海克斯康測量技術(青島)有限公司

通過描述動力總成企業對檢測規劃、設備選型到測量系統的驗收，再到動力總成生產線設備調試、設備驗收至批量生產的幾大工作步驟，闡述選擇車間型測量機系統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作為生產線規劃布局中重要質量控制組成單元的必要性和優越性。

在整個動力總成加工制造環節，零件加工的節拍將精確到“秒”，如此快節奏的生產過程要求系統快速、準確地提供檢測報告。測量報告的快速呈現可以有效控制產品的質量和防止制造產品的批量報廢。同時，通過現代化的數據庫管理系統使車間型測量機成為生產過程的一部分，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識和數字化報告快速呈現被檢測零件合格與否，同時通過網絡把數據上傳至用戶的數據庫管理中心，如目前在全球動力總成方面應用廣泛的Q-DAS數據庫系統。

本文主要介紹來自海克斯康計量的Global Silver SF 測量系統在先進動力總成生產線中的配備過程及在制造工程中的有效應用。

動力總成檢測規劃階段

項目規劃人員將確定在線CMM設備的數量，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備的動態性能，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。根據工件的制造精度和加工環境確定測量設備的精度及設備類型，這方面主要考慮測量設備MPEE，MPEP，MPETHP/t等ISO-10360指標以及探測系統的承載能力(懸掛加長桿和探針的重量及長度）。同時，根據用戶現場的需求配備相關輔助系統，如：用于車間環境下穩定電壓、氣壓的PUP系統，用于用戶進行快速、安全更換工件的上下料系統，用于確保工件測量狀態和穩定性的夾具系統和用于適應車間環境防塵等。圖1展示了完整的車間型測量機測量系統；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。

車間型測量系統的驗收

不是任意一款測量系統都適應生產車間的環境。按照車間的規劃以及對成本的考慮，生產車間的溫度一般控制在15～30℃之間，測量系統在生產車間安裝后，將根據控制計劃的要求編輯完成測量程序，按照前期規劃的要求控制檢測的節拍。在車間環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的要求完成測量設備的GR&R。GR&R的指標由重復性和再現性兩項指標組成，廣義上可以理解為這兩項指標的誤差值占尺寸總公差的10%視為測量系統通過。

GR&R測試通過確定了測量系統可以用于生產線的驗收及生產制造環節的質量控制。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。在寬溫度環境下，測量系統的寬溫帶設計以及溫度補償功能在整改測試環節中將起到至關重要的作用；Global Silver SF機型配備結構性溫度補償系統，是針對時間/空間溫度波動進行測量結果補償的新技術。基于15個溫度傳感器(測量機上14個，工件上1個）所組成的網絡，可識別測量機和被測工件溫度的變化并對測量結果進行補償。這種技術不僅考慮了材料的自然線性擴張，也通過測量機的數學模型，考慮了復雜結構的變化。因此，測量機可在15～35℃的寬溫度范圍內進行測量。

圖1 完整的車間型測量機測量系統

用于生產線的驗收階段

在這個過程中，車間型測量機將提供測量數據用于生產制造設備供應商調整加工設備。在這個階段，測量系統大約需要在車間環境下連續工作約60天的時間，測量系統的誤差將直接影響Cm， Cmk的能力指數，其中環境溫度的變化對整個測試過程的影響是最大的。同時，測量軟件將提供設備驗收支持的用戶界面及產生符合Q-DAS規范的數據報告。通過車間型測量機提供的首件(1parts）、5parts、50parts的數據，質量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進行能力分析，判斷生產制造設備是否可以通過驗收。通常使用能力指數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

當生產設備完成驗收后用戶將使用加工機床連續加工250個工件或更多，然后通過每2～5件的方式使用車間型CMM進行抽檢，一般需要得到至少125個工件的Q-DAS數據。質量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進行能力分析，通常使用能力指數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入SOP階段。在這個階段，測量系統將連續運行約120h左右，測量的效率以及車間的溫度變化都將影響PPAP階段的進程。同時，測量設備的誤差也將直接影響Pp，Ppk的結果。換而言之，測量系統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

當完成PPAP后已確定生產線處于統計受控狀態。此時，車間型CMM系統將用于生產過程的工件抽檢環節，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，也就意味著測量系統將經歷15～30℃的漸變過程，這對測量系統的穩定性提出了更高的要求。現場操作人員將根據質量工程師和現場ME的要求，對生產制造工件首件、中件、末件、不定期抽查件和換刀件、換型件進行檢測。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2D matrix的編碼信息自動完成測量程序的選擇、生產線編號等，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場操作者、ME、質量工程師和用戶不同目的數據分析。“紅、黃、綠”臉報告用于現場操作人員快速判斷加工工件的狀態。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場ME。“測量報告”用于現場ME調整測量設備或更換刀具。“Q-DAS報告”用于上傳至Q-DAS數據庫，用于質量工程師進行按每月或每季度的生產能力分析，及時對生產線的加工能力和生產設備的加工狀態做出正確判斷，有效防止加工失效和批量報廢的產生。同時，質量工程師也可以根據車間型CMM輸入的輔助信息，在Q-DAS數據庫中按照時間、加工設備、操作者等進行篩選，準確獲得希望分析的數據。

結束語

隨著現代質量控制技術和統計分析軟件在生產過程中的有效應用，測量設備提供的檢測數據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據采集。通過對長期的數據進行分析，動力總成的規劃人員可以對生產設備的后期規劃提供理論支持，動力總成的ME人員可以根據數據計算出更優的生產節拍、刀具壽命和更換加工設備零件的周期，動力總成質量人員可以根據數據計算出目前生產工件的質量狀態從而可以量化質量能力（圖2）。車間型測量機系統因更接近生產制造現場而大大縮短了送檢周期，同時，它更接近現場的工件制造環境，和不需要建立單獨的溫控測量間將有效地消除加工環境與測量環境不一致的問題以及檢測成本的問題。因此，車間型測量機系統將成為動力總成質量在線控制規劃的首選。