拓展產業計量服務助力企業智能制造

程華燁 葉青 簡蕤潔

摘要：本文針對某大型商用中央空調生產企業在對換熱翅片開窗角度這一關鍵參數進行測量時所面臨的測量技術問題進行了全面的討論，并且從實際出發，進一步拓展該產業計量服務的方式，為企業提供了可行的測量方案。

關鍵詞：產業計量;服務;企業;智能制造

根據國家規劃，制造技術在不斷向前發展的過程當中變得愈加精細化，產品質量不斷向著中高端邁進，各大企業不斷推進智能制造。在這一發展過程中，傳統生產線上的測量手段依然無法滿足智能制造對測量工作的需求。傳統計量服務急需得到進行進一步延伸，并且將其應用于技術咨詢、方案設計等工作當中。助力企業更早實現智能制造，為企業創造更大的經濟效益。

1.需求識別與分析

1.1測量對象分析

在空調、家電等行業當中，翅片式熱交換器是最為常見的一類換熱設備。在普通的機管上加裝翅片來使傳熱工作能夠更加順利地進行下去。翅片由于在工作的需求，在實際制造中要保障其有很大的傳熱系數。為此，翅片表面結構以及安裝的實際距離都會對其換熱性能造成一定程度的影響。對于給定設計結構的換熱翅片，相應的開窗角度便隨之確定。

通過數值仿真不難發現。特定結構的翅片存在著最佳開窗角度，通過該開窗角度可以保障換熱器擁有最佳換熱性能。

1.2技術難點分析

由于換熱翅片表面結構相對復雜，同時開窗尺寸小，在測量中很容易發生塑性變形。因此常規的接觸式測量方法無法對開窗角度進行有效測量，當前國內主要采用固化測量方式對其進行測量。然而該方法在應用中屬于破壞式測量，尤其是在制備樣品時很容易使翅片發生二次變形，從而加大測量誤差。為了解決上述問題，擬采用非接觸式測量方案對其開窗角度進行快速測量，同步傳輸到MES系統，使智能制造的需求得到滿足。為了保障測量精度，應該使開窗角度的測量誤差控制在±0.5°以內。

2.測量方案及系統研發

2.1測量原理及核心算法

通過對翅片全面的研究之后，最終發現基于激光輪廓測量技術的非接觸測量方案非常適合對其開窗角度進行測量，測量原理如圖1所示。為了方便測量工作的進行，為測量輪廓激光輪廓傳感器配備有激光器、會聚透鏡、接收透鏡以及探測器。當光源發射出的激光經過會聚透鏡后將會聚集成大約15毫米長的線激光，垂直入射到被測面片表面，然后反射光將會在接收透鏡CCD探測器上成像。通過測量反射光點的位移，就可測算出翅片上對應測量點的高度，進而得到被測片的表面輪廓。為了減少激光輪廓傳感器的測量誤差，還需要應用一些專業的智能化測量算法對原始數據進行預處理。

第一，利用格拉布斯法對一些較大的誤差值進行有效剔除，并且對原始數據進行濾波處理。

第二，利用特征自適應算法自動識別需要測量的特征區域。

第三，利用最小二乘法對數據進行有效的線性擬合，尋找自動尋找構成開窗角度的兩條直線并對其夾角進行計算。

2.2測量系統研發

基于以上測量原理最終研發了測量系統，該系統在實際應用中有以下幾個方面的特點：

首先，通過激光非接觸測量技術的合理利用，可以快速的對散熱器片的開窗角度進行有效測量，并且不會對翅片造成破壞。

第二，該系統可以自動尋找最佳測量區域。在對翅片進行測量時，工作人員只需將樣品簡單的安裝在測量平臺上即可，系統會自動對相關參數進行有效測量。

第三，該系統可以對測得的原始數據進行自動分析。可以按照實際篩選條件對歷史測量數據進行選擇并且將最終數據上傳到MES系統當中。

2.3量值溯源方案設計

為了使測量最終結果可以溯源，并且對測量準確度進行有效判定。以模具鋼材料根據翅片設計圖紙定制了具有相同外形以及尺寸的標準塊與該系統進行配套使用。利用系統對標準塊的開窗角度進行準確測量，并且將其作為后續測量工作的參考值。和系統測量值進行有效對比，最終結果表明利用該系統得到的數值測量誤差不超過±0.5°，滿足實驗要求。

3.服務成效

該系統完成之后企業隨機使用該系統對某個沖壓機的72列翅片樣品進行測量，最終發現其中5列存在沖壓缺陷。該系統將測量數據反饋到加工環節，經現場工作人員檢查后發現是由于沖壓機對應工位上的沖壓刀具出現由于經過長期使用產生了一定的磨損而導致的。生產人員及時對沖壓刀具進行更換，有效地避免了這些存在問題的翅片流入到下一道生產環節。

4.結束語

本文從企業的實際需求出發，全面解決了企業在實際生產制造中遇到的一系列測量技術難題。使得企業能夠更加快速準確地對關鍵參數進行有效測量，從而最終使產品質量得到有效提升。

參考文獻：

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