文|?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)（青島）有限公司 李建磊 黃燦

“中國(guó)制造2025”將智能制造作為主攻方向，全力推進(jìn)制造過(guò)程智能化。為了推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”的階段性目標(biāo)，柔性數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)字化控制和在線檢測(cè)等技術(shù)手段將越來(lái)越多的應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中。質(zhì)量是制造業(yè)生命線，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》制造強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵內(nèi)核。在智能化的工廠中，作為質(zhì)量要素關(guān)鍵——測(cè)量環(huán)節(jié)，同樣也需要適應(yīng)新的變革，需要通過(guò)集成新檢測(cè)技術(shù)、新檢測(cè)產(chǎn)品以及新檢測(cè)模式來(lái)適應(yīng)不斷發(fā)展的檢測(cè)需求。

一、傳統(tǒng)測(cè)量的局限性

傳統(tǒng)的制造業(yè)中，作為測(cè)量手段的手動(dòng)量?jī)x（如千分尺、百分表、游標(biāo)卡尺和深度尺等）、計(jì)量室的三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備仍處于由單一的檢測(cè)儀器和設(shè)備構(gòu)成的離線檢測(cè)單元階段，它普遍具有檢測(cè)周轉(zhuǎn)效率低、人力成本高和離線檢測(cè)結(jié)果反饋不及時(shí)等缺點(diǎn)，已無(wú)法適應(yīng)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為技術(shù)核心的新型制造業(yè)。同時(shí)也無(wú)法滿足智能生產(chǎn)中在線、高效和實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋或加工補(bǔ)償?shù)母叨藱z測(cè)需求。

二、在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

1、在線測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用需求

隨著“中國(guó)制造2025”的深入發(fā)展，自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化生產(chǎn)線成為中國(guó)制造的新常態(tài)，高效、柔性化和智能化的制造業(yè)對(duì)測(cè)量技術(shù)提出了更高的要求，并促進(jìn)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和變革。在線測(cè)量技術(shù)集成新的檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品，通過(guò)集成在線的形式與自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線高度融合，滿足高效、柔性和智能化的檢測(cè)需求。

2、在線檢測(cè)技術(shù)的主要類型

（1）在機(jī)測(cè)量方案

在機(jī)測(cè)量就是以機(jī)床硬件為載體，附以硬件（在機(jī)測(cè)頭、對(duì)刀儀等）、軟件（在機(jī)測(cè)頭程序、3D 測(cè)量軟件等）的測(cè)量工具，實(shí)現(xiàn)在工件加工過(guò)程中實(shí)時(shí)在機(jī)床上進(jìn)行幾何特征測(cè)量。機(jī)測(cè)頭如圖1 所示，其能夠替代人工，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工件找正，通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量解決由于工裝夾具重復(fù)定位精度或工件毛坯差異帶來(lái)的工件精度差異，并可以實(shí)現(xiàn)不拆卸工件直接在機(jī)進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的3D 測(cè)量，解決重復(fù)裝夾的精度損失。通過(guò)在機(jī)測(cè)量方案的使用掌控加工過(guò)程，提升產(chǎn)品品質(zhì)，減少了加工輔助工時(shí)，降低了成本，提高了效率，加強(qiáng)加工過(guò)程控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量一致性。

圖1 機(jī)測(cè)頭

（2）在線專機(jī)測(cè)量方案

在線專機(jī)檢測(cè)方案，顧名思義是集成在線的針對(duì)特定產(chǎn)品和特定工序的專屬檢測(cè)設(shè)備。在線專機(jī)測(cè)量方案可以與自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)線高度集成，檢測(cè)方法可根據(jù)檢測(cè)特征進(jìn)行方案定制。專機(jī)測(cè)量方案的特點(diǎn)就是檢測(cè)節(jié)拍快，檢測(cè)效率高，專機(jī)解決方案比較適合對(duì)檢測(cè)節(jié)拍要求高、大批量工業(yè)化生產(chǎn)情況。但專機(jī)測(cè)量方案，對(duì)多品種、小批量的柔性生產(chǎn)模式不兼容，具有工件換產(chǎn)周期長(zhǎng)和成本高的缺點(diǎn)，手機(jī)玻璃檢測(cè)專機(jī)如圖2 所示。

圖2 手機(jī)玻璃檢測(cè)專機(jī)

（3）在線三坐標(biāo)測(cè)量方案

在線三坐標(biāo)測(cè)量方案是將標(biāo)準(zhǔn)三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備集成到自動(dòng)化生產(chǎn)線中，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)化檢測(cè)。三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備本身具有測(cè)量精度高、測(cè)量功能兼容性高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有對(duì)使用環(huán)境要求比較高的缺點(diǎn)。因此通過(guò)配置恒溫機(jī)罩或增加減振選項(xiàng)的方式將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)集成到自動(dòng)化生產(chǎn)線中，解決了設(shè)備檢測(cè)精度、設(shè)備兼容性檢測(cè)以及設(shè)備使用環(huán)境等問(wèn)題，并滿足了在線自動(dòng)化檢測(cè)的需要，在線三坐標(biāo)測(cè)量方案如圖3 所示。

圖3 在線三坐標(biāo)測(cè)量方案

三、在線閉環(huán)反饋加工補(bǔ)償方案

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度要求日益提高。為了彌補(bǔ)加工機(jī)床的不精確性，在線自動(dòng)化檢測(cè)方案通過(guò)在機(jī)對(duì)刀儀、智能刀補(bǔ)方案，對(duì)機(jī)床的刀具磨損、熱形變和機(jī)器漂移等因素引起的綜合誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償。

1、在機(jī)測(cè)量方案

在機(jī)測(cè)量方案中可通過(guò)對(duì)刀儀在機(jī)床上測(cè)量刀具長(zhǎng)度、刀具直徑等參數(shù)，并自動(dòng)將測(cè)量結(jié)果反饋補(bǔ)償?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)，從而對(duì)刀具磨損進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，有效提高工件加工精度，對(duì)刀儀如圖4 所示。

圖4 對(duì)刀儀

2、智能刀補(bǔ)方案

智能刀補(bǔ)方案通過(guò)專業(yè)的統(tǒng)計(jì)分析和刀補(bǔ)軟件，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算工件和刀具的尺寸及形位公差的數(shù)值曲線，通過(guò)調(diào)整計(jì)算刀具參數(shù)，并將刀補(bǔ)參數(shù)直接反饋補(bǔ)償?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)，對(duì)由于刀具磨損、熱形變和機(jī)器漂移等引起的綜合誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償，以保證持續(xù)高質(zhì)量的零件加工，智能刀補(bǔ)方案如圖5 所示。例如，孔直徑：21.710mm；工件公差：±0.025mm；干預(yù)邊界：±0.015mm，超過(guò)干預(yù)邊界，系統(tǒng)計(jì)算刀具校正并將數(shù)據(jù)上傳到機(jī)床控制器上，智能刀補(bǔ)方案刀補(bǔ)數(shù)據(jù)處理示意圖如圖6 所示。

圖5 智能刀補(bǔ)方案

圖6 刀補(bǔ)數(shù)據(jù)處理示意圖

四、結(jié)論

在線測(cè)量技術(shù)在自動(dòng)化、智能制造生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以減少生產(chǎn)中間環(huán)節(jié)、縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高生產(chǎn)效率，并可以根據(jù)不同檢測(cè)需求選擇高節(jié)拍的專機(jī)檢測(cè)方案或柔性在線三坐標(biāo)測(cè)量方案。?？怂箍抵圃熘悄艿脑诰€閉環(huán)反饋加工補(bǔ)償方案的應(yīng)用，可以通過(guò)在機(jī)對(duì)刀儀、智能刀補(bǔ)方案對(duì)機(jī)床的刀具磨損、熱形變和機(jī)器漂移等因素引起的綜合誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償，方案可改進(jìn)工具利用率、減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間、提高零件質(zhì)量和加工效率，以及確保零件加工質(zhì)量的連續(xù)性；在線閉環(huán)反饋加工補(bǔ)償方案安全地監(jiān)控自動(dòng)制造監(jiān)控和反饋回路的相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)，并在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中提供可追溯性，且方案具有反饋和調(diào)整加工過(guò)程的能力，可通過(guò)質(zhì)量數(shù)據(jù)的回饋影響和優(yōu)化生產(chǎn)流程；?？怂箍抵圃熘悄艿脑诰€閉環(huán)反饋加工補(bǔ)償方案的閉環(huán)反饋技術(shù)的應(yīng)用成為全球首例智能閉環(huán)技術(shù)的踐行者，并成為“中國(guó)制造2025”在線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)者。