基于智能測(cè)量系統(tǒng)的外圍設(shè)備解決方案

文| 海克斯康測(cè)量技術(shù)（青島）有限公司 高緒棟

伴隨著智能制造的加速發(fā)展，制造業(yè)對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的柔性化、測(cè)量效率的提升和測(cè)量精度的穩(wěn)定等方面的要求日益增高。外圍設(shè)備，包括配套料線系統(tǒng)、工裝夾具系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和能源供給系統(tǒng)等，作為智能測(cè)量系統(tǒng)核心組成部分之一，發(fā)揮著非常重要的作用。有效地給智能測(cè)量系統(tǒng)的高效率以及高可靠性的運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)高效化與智能化提供了有力的支持和保障。

一、料線系統(tǒng)

可實(shí)現(xiàn)被測(cè)量物料的測(cè)量狀態(tài)和物流狀態(tài)切換的裝置，根據(jù)使用環(huán)境和集成要求的不同，開發(fā)了自動(dòng)料線和手動(dòng)料線。該裝置將可能發(fā)生碰撞跌落等意外的工件安裝、更換操作在遠(yuǎn)離測(cè)量機(jī)的操作臺(tái)上進(jìn)行，最大限度地保護(hù)人機(jī)安全。同時(shí)，應(yīng)用這一系統(tǒng)，配合專用夾具，可以實(shí)現(xiàn)批量測(cè)量零件時(shí)無須每次重新打點(diǎn)找正，確認(rèn)坐標(biāo)系，提高了測(cè)量效率、降低了對(duì)操作者的要求，充分挖掘測(cè)量機(jī)效率。上下料托盤的重復(fù)定位精度：X≤10μm；Y≤10μm；Z≤10μm。

根據(jù)待測(cè)工件交換方式的不同，料線系統(tǒng)主要有旋轉(zhuǎn)臺(tái)式系統(tǒng)、移動(dòng)車式系統(tǒng)和多工位式系統(tǒng)等。根據(jù)狀態(tài)切換方式的不同，可以應(yīng)用升降切換料臺(tái)或氣浮料臺(tái)（圖1）。

圖1

升降料臺(tái)+旋轉(zhuǎn)交換臺(tái)的配置適用于需要大批量測(cè)量，并且希望盡量減少換件時(shí)間的用戶。前期設(shè)計(jì)測(cè)量機(jī)房時(shí)測(cè)量機(jī)前段需要預(yù)留2m以上的空間用于安放旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及測(cè)量人員的操作走動(dòng)。

升降料臺(tái)+移動(dòng)交換臺(tái)的配置適用于需要大批量測(cè)量的用戶。測(cè)量機(jī)前方的上下料小車在不用時(shí)可以移到角落里以節(jié)省寶貴的機(jī)房空間，大大方便了人員的操作。一個(gè)上下料系統(tǒng)可以配置N個(gè)小車和托盤，滿足需要多個(gè)夾具的用戶需求。

升降料臺(tái)+多位交換臺(tái)的配置用于需要大批量測(cè)量，同時(shí)需要在一臺(tái)測(cè)量機(jī)上兼容多個(gè)不同工件測(cè)量需求的用戶。用戶可以根據(jù)自己的工件種類數(shù)量和使用頻率，選擇二到五交換工位。或者通過選購可升降式移動(dòng)小車和托盤存儲(chǔ)庫(四工位)滿足需要。

二、工裝系統(tǒng)

工裝夾具作為測(cè)量系統(tǒng)的核心之一，發(fā)揮著非常重要的作用，其一方面與被測(cè)量工件直接發(fā)生接觸與配合，另外一方面與探測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量設(shè)備機(jī)臺(tái)（或者料線托盤）密切相關(guān)。

測(cè)量夾具發(fā)揮著工件位置及姿態(tài)重復(fù)找正的重要作用，可顯著地減少輔助工時(shí)。高重復(fù)性的定位系統(tǒng)，可大大提高批量測(cè)量效率。

通過使用專業(yè)的工裝夾具系統(tǒng)解決方案來讓用戶的工作變得更加便捷、更加順暢和更加高效（圖2、3）。

典型的氣浮整車測(cè)量夾具，集成式氣浮系統(tǒng)，可在平滑地面上人工推拉平臺(tái)到目標(biāo)地點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)多工位共享。此外系統(tǒng)還集成了舉升系統(tǒng)、輔助定位系統(tǒng)、工件定位姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)和工件精確定位系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)整車的高效率測(cè)量。

圖2

圖3

在很多情況下，檢具和測(cè)量夾具是無縫融合、密不可分的，當(dāng)工件自身剛性差，從機(jī)床下料后工件即刻變形，需要模擬客戶工件的實(shí)際裝配對(duì)象，做一個(gè)具有檢具特性的測(cè)量工裝輔具來實(shí)現(xiàn)測(cè)量方案。按照被測(cè)工件的裝配工藝要求，結(jié)合實(shí)際的測(cè)量精度要求，工裝輔具的精度必須比被測(cè)工件的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，以消除工裝對(duì)工件自身精度誤差表現(xiàn)的影響。再輔助配置限制力矩扳手，按照相應(yīng)的設(shè)定扭矩，以及相應(yīng)的緊固順序?qū)ぜM(jìn)行裝夾，以最大限度的模擬實(shí)際工作狀態(tài)。通過上述多方面的設(shè)計(jì)以及測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了雙工位設(shè)計(jì)，多人、多工件和雙工位重復(fù)性測(cè)試GR&R非常理想的結(jié)果。

三、環(huán)境系統(tǒng)

車間現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境通常較為惡劣，無法提供測(cè)量機(jī)所需的溫度及潔凈度要求，但用戶又希望測(cè)量機(jī)可以在車間現(xiàn)場(chǎng)工作，節(jié)約工件搬運(yùn)的時(shí)間，節(jié)省傳統(tǒng)類型精測(cè)間的建設(shè)費(fèi)用與車間現(xiàn)場(chǎng)占地面積。

為了滿足測(cè)量機(jī)在復(fù)雜的環(huán)境下正常工作，為安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量機(jī)提供恒溫，潔凈的環(huán)境，相對(duì)于傳統(tǒng)精測(cè)間更易于搭建和維護(hù)的機(jī)房系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。其主體結(jié)構(gòu)可以采用相應(yīng)防火等級(jí)的聚氨酯保溫板、型材框架等，尺寸根據(jù)實(shí)際布局確定。需要配置物料進(jìn)出門、觀察窗、室內(nèi)電源氣源系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等。

為了充分滿足生產(chǎn)線布局變化的需要，測(cè)量機(jī)機(jī)房需要依據(jù)用戶的具體需要定制機(jī)房的尺寸等參數(shù)，通常情況是結(jié)合測(cè)量機(jī)的大小及用戶需要多少恒溫工件的區(qū)域綜合考慮。下面以單臺(tái)測(cè)量機(jī)的機(jī)房布局樣例（圖4）。

圖4

單臺(tái)測(cè)量機(jī)機(jī)房及外設(shè)簡介如下。

◎ 機(jī)房：長×寬×高=6 ×4.5×3.8（單位：m）。物料進(jìn)出門，透明觀察窗。

◎ 大金空調(diào)系統(tǒng)及換氣口。

◎ 室內(nèi)電源控制箱。

◎ 照明系統(tǒng)及開關(guān)。

◎ 上下料系統(tǒng)（此為可選項(xiàng)）。

◎ 懸臂吊 根據(jù)工件重量和需要的工作范圍選定具體規(guī)格（此為可選項(xiàng)）。

◎ PUP 電源，氣源控制集成 此為可選項(xiàng)。

◎ 控制柜及電腦桌。

集約型的恒溫潔凈的環(huán)境方案——測(cè)量機(jī)機(jī)罩系統(tǒng)（圖5）。

圖5

相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)型機(jī)房，機(jī)罩的占地面積更小，更便于在車間現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜的各種設(shè)備中間布局，因此它比普通機(jī)房有更大的適用性，更加靈活。

機(jī)罩系統(tǒng)（圖6）基本可用于全系列的橋式測(cè)量機(jī)，目前經(jīng)常使用的機(jī)型。不同的機(jī)型配置的機(jī)罩的尺寸有所不同。

圖6

根據(jù)機(jī)罩的不用應(yīng)用形式，可分為兩種。

◎ 普通機(jī)房式測(cè)量機(jī)機(jī)罩系統(tǒng)：便于搭建，不宜重復(fù)使用。

◎ 托架式測(cè)量機(jī)機(jī)罩系統(tǒng)：為整體式搭建，便于搬遷，移位。

◎ 除去以上區(qū)別，測(cè)量機(jī)機(jī)罩系統(tǒng)的基本組成及功能如下。

◎ 機(jī)罩主體：采用防火等級(jí)B1級(jí)的聚氨酯保溫板和鋁型材。主體結(jié)構(gòu)具有防火、保溫的特點(diǎn)。

◎ 空調(diào)系統(tǒng)：溫度控制20+/-2℃，1℃/h，2℃/24h，1℃ /m。

◎ 上下料系統(tǒng)：用于機(jī)罩的轉(zhuǎn)臺(tái)式上下料系統(tǒng)（此為可選項(xiàng)）。

◎ 控制系統(tǒng)及窗升降機(jī)構(gòu)：前窗便于工件的進(jìn)出，左窗方便操作員調(diào)整測(cè)頭更換架和測(cè)量校準(zhǔn)球的位置。

◎ 升降窗機(jī)構(gòu)及上下料托盤的升降由PLC操作面板按鈕控制（邏輯由PLC控制）。

◎ 機(jī)柜及打印機(jī)柜。

四、能源供給系統(tǒng)

測(cè)量機(jī)的正常運(yùn)行需要良好的氣源和電源條件，不合格的氣源和電源可能造成測(cè)量機(jī)氣浮軸承阻塞，控制柜電路系統(tǒng)燒毀等嚴(yán)重問題。參照測(cè)量機(jī)機(jī)房施工指南， 很多用戶的現(xiàn)場(chǎng)條件無法完全滿足測(cè)量機(jī)的氣源和電源要求（圖7）。

圖7

測(cè)量機(jī)對(duì)氣源的要求如下。

◎ 最大含油量 5 mg/m3 。

◎ 固體顆粒最大尺寸 ＜ 0.04mm。

◎ 固體顆粒最大含量 ＜10 mg/m3。

測(cè)量機(jī)對(duì)電源的要求如下。

◎ 220 VAC ± 10%。

◎ 供電連續(xù)的中斷之間至少有1s 間隔。

◎ 對(duì)于多個(gè)周期，電壓驟降不超過其峰值的20%。

◎ 在供電周期的任何時(shí)刻，供電須無中斷，或者電壓為0 狀態(tài)不超過3ms。插排。氣源的輸入輸出均采用標(biāo)準(zhǔn)12mm軟管。所以在用戶現(xiàn)場(chǎng)無須進(jìn)行煩瑣的安裝工作，即插即用。PUP的開箱就位請(qǐng)參照附帶的包裝說明。適用測(cè)量機(jī)機(jī)型為橋式機(jī)，每臺(tái)PUP只供一臺(tái)測(cè)量機(jī)使用。需要一臺(tái)PUP供多臺(tái)測(cè)量機(jī)使用需要單獨(dú)定制，以增大氣源和電源功率。

對(duì)于部分已購買了過濾器、冷干機(jī)和UPS等物品，且希望現(xiàn)場(chǎng)整潔，但并不需要標(biāo)準(zhǔn)PUP的用戶，可以推薦如下的氣源電源架子，或者是帶一個(gè)配電箱。用戶根據(jù)自己的需要將自己的過濾器，冷干機(jī)，UPS等物品整潔的集成在上面。

圖8

Plant Utilities Package（PUP）配置有精密過濾器，具有對(duì)氣源進(jìn)行濾水、濾油和濾塵的功能，同時(shí)具有氣壓調(diào)節(jié)、氣源截止和儲(chǔ)氣等功能。PUP可以對(duì)電源電壓進(jìn)行變換（380V轉(zhuǎn)220V）和過流保護(hù)；通過配電箱將電源分為測(cè)量機(jī)、干燥機(jī)和照明及其他等輸出。電源經(jīng)過UPS進(jìn)入測(cè)量機(jī)，可以保護(hù)測(cè)量機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)斷電而免受損害。

PUP可以幫助客戶改良電源、氣源等動(dòng)力輸入以滿足測(cè)量機(jī)的要求，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，其他行業(yè)也有應(yīng)用的案例。

◎ 主要組成：冷干機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過濾器、UPS和電控柜。

◎ 電源：380V 或者220V輸入，220V輸出，總功率容量 5kVA。

◎ 氣源：輸入氣壓0.6～0.8MPa，輸出氣壓大于0.5MPa，氣源消耗600L/min。

電源的輸入采用圖8所示的工業(yè)安全插頭，輸出采用安全

五、結(jié)語

1、 整體方案總結(jié)

作為智能計(jì)量系統(tǒng)的重要軟硬件承載基礎(chǔ)，外圍設(shè)備與計(jì)量設(shè)備進(jìn)行緊密無縫的銜接配合，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量解決方案的完美融合。所構(gòu)成的“單元”系統(tǒng)內(nèi)，與現(xiàn)場(chǎng)的MES等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，與設(shè)計(jì)開發(fā)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)以及制造工藝反饋等多環(huán)節(jié)共同構(gòu)建了貫穿全產(chǎn)品生命周期的智能系統(tǒng)。

2、 方案在行業(yè)應(yīng)用的意義

2007年至今的十年中，伴隨著幾何量計(jì)量行業(yè)與全球頂尖制造業(yè)巨頭合作的深化發(fā)展，大量的客戶現(xiàn)場(chǎng)定制外圍設(shè)備解決方案應(yīng)運(yùn)而生，其中的很大一部分已經(jīng)發(fā)展為成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，借助國際化平臺(tái)推廣到了世界各地，并取得了廣泛的成功與認(rèn)可，為智能制造系統(tǒng)的實(shí)施、運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有力保障，為制造業(yè)的快速堅(jiān)實(shí)發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。