步行计量走进机械车间

很多时候，机械师在切割一些零件或准备初次运行时，需要检查一些零件或一些关键特征。需要对表面进行抽查、圆度或同心度确认。有时手动量具会起作用，但随着零件复杂性的增加和日程安排越来越紧，通常需要功能更强大的机器。

Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA) 的总经理 Mark Arenal 说：“可能有一个工具制造商正在磨削刀具或制造一种特殊形状的工具，他们只想测量半径。”在这种情况下，他需要一种既能适应又能进行广泛测量的步行计量仪器。 “我们制造的许多仪器都可以很好地用于车间的‘步行计量’，”他说。很好的例子是 Starrett 的 AVR 和 MVR 系列 2D 视觉系统。这些范围从手动到全数控。根据阿雷纳尔的说法，工具制造商可以走上去，将他的零件放在平台上的单元上，对刀具的半径进行成像并快速进行测量。 “很简单。一个特征，一个测量值，他得到一些数据，写下来然后走开，”他说。

这一概念的关键，尤其是对于 CNC 机床而言，在软件和机床本身中都体现得淋漓尽致。 “系统软件使得在这种情况下使用起来相对简单，只需最少的培训。你实际上可以触摸你在屏幕上看到的特征并对其进行测量，”他解释道。

然而，要真正具有成本效益，该机器还必须能够适应大批量生产。 “例如，您可能有一位检验员想要对多个零件（例如 10 或 20 个零件）进行 100% 的首件检验。该检验员可以在同一台机器上编写零件程序，并创建一个测量序列来测量第一个零件，以及所有需要的数据和报告格式。完成后，用户可以保存零件程序，然后测量剩余的一批零件，”他说。 “如果[它可以容纳]多个用户并且可以检查他们的工作，那么这种设备对公司来说将更有价值。”

根据 Arenal 的说法，Starrett 的一款特别高效的设备是 2017 年发布的 HVR100-FLIP。该台式视觉测量系统可用于垂直或水平方向，并具有高分辨率数字视频和精密光学元件，可实现精确视场据该公司称，视野测量值可达 90 毫米。

轻松和准确

Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN) 的产品管理经理 David Wick 解释了使用视觉和多视觉系统背后的另一个令人信服的原因。 “想要无电梯计量的人通常不会在最后十分之一微米之后，”他说。可用性通常比准确性更重要。 “这是范式的变化。重要的是易用性和可重复性，”他说。他指出，步行计量需要一个能够识别常见特征的系统，如圆、半径和槽。 “所以，你可以点击按钮，快速建立测量值，输入尺寸和公差，然后就可以走了，”他说。他同意视觉系统，例如 Zeiss O-Select 系列，是步行测量的理想选择。蔡司视觉系统包括一整套功能强大的软件，用于识别常见特征和创建零件程序。

一致性也很重要。 “无论谁碰过它，你都希望机器能够提供良好的测量结果，”威克说。在他看来，这意味着遵守 ISO 标准以及在零件程序中捕获常规测量的能力。 “O-Select 已根据 ISO 10360-7 标准进行校准，”他解释道。 “它会自动聚焦、照亮，并且可以处理同一部分的多个副本，”他说。可重用性也很重要。 “假设昨天你建立了一个快速程序来测量一个新的平面二维物体的五个维度，而今天你带来了六个原型。把它们放在机器上，按下一个按钮，机器就会一个接一个地测量所有六个，”他解释道。 “我们经常看到。”

QVI（纽约州罗切斯特）的高级副总裁 Tim Moriarty 同意较新的视频系统更易于使用。他指出，在车间使用方面，他们正在与手动工具竞争，例如千分尺，甚至更先进的工具，例如几乎不需要培训的光学比较器。因此，重点是简单性。 “我们的一些测量系统允许任何人在没有固定装置的情况下直接走上去，将零件放在任何位置，按下按钮并立即对零件进行一系列测量 - 甚至是第一篇文章或正在处理的零件，”他说。

Moriarty 同意本文所采访的其他人的观点，即这种易用性导致用于过程控制和记录保存的数据传输变得容易。易于使用的视频系统的优势在于，与其他步行设备相比，它们本质上是准确和快速的。 “我们正试图通过提供更快和更准确的测量来改善拿起一对卡尺或将零件放在比较器上的体验。”他指出，视频测量系统，例如 QVI Snap 系列，可以轻松提供 0.0001–0.0002" (0.00254–0.00508 mm) 的精度。

“我们新的 Snap 大视场 (LFOV) 视频测量机系列满足了这一需求，”他说。据该公司称，Snaps 具有 100 毫米 FOV、特征提取、自动零件 ID 以及优于 0.0001 英寸的精度。型号范围从具有 100 毫米直径和无移动平台的 FOV 的台式 Snap100 到具有超过 350 × 350 毫米测量范围的大容量 Snap 350。

第三维度

有时需要或需要在第三维度进行更全面的测量，即使在步行测量场景中也是如此。 Moriarty 指出该公司的 QVI Fusion 400 是一种 LFOV 多传感器测量系统，可自动执行 3D 测量。它具有 350 × 250 × 250-mm 的测量体积，并具有多传感器功能，具有视频测量和可用的触发和扫描探头。它包括一个 TeleStar Plus 干涉式 TTL 激光器。

虽然视觉系统是二维的理想选择，而基于视觉的多传感器系统是二维半的理想选择，但有时需要进行全 3D 测量。 “这就是蓝光扫描仪非常适合这种无电梯计量概念的地方，”Wick 说。蔡司提供基于蓝光技术的 Comet 系列 3D 扫描仪。 “你可以把你的 3D 工件或零件放在它的转台上，按下笔记本电脑上的一个按钮，它就会转动转台，扫描工件，然后创建一个 3D 模型，”他说。测量关键尺寸和公差确实需要可用的 CAD 模型。但是，如果有的话，它可能是步行计量概念中的终极产品。

Creaform Inc. 产品管理总监 Dan Brown 表示：“我们看到了一个明显的趋势，即操作员必须在更接近生产点的地方进行检查，生产工程师和操作员必须在生产过程的中间步骤进行良好的测量。” （加利福尼亚州莱维斯）。他非常同意捕获 3D 测量结果需要 3D 设备，例如 Creaform 的 HandyScan 3D、HandyProbe 和 MetraScan 3D 设备。他指出，25–75 µm 测量范围内的 3D 计量测量需求很大，这是这些设备的理想精度范围。

“卡尺非常好，但不足以快速测量复杂的 3D 零件，”他说。三坐标测量机是准确的，但通常需要零件程序和相当多的专业知识才能充分运行。这使得扫描仪的典型易用性和便携性成为需要中等精度的应用的理想选择。速度提供了它自己的易用性。 3D 光学扫描仪，包括来自 Creaform（和其他）的蓝光扫描仪，通常收集每秒 100,000 到 100 万个点的高速率数据，比典型的 CMM 快得多，并提供步行实用程序。

在他看来，另一个关键点是便携性。 “我们的一些客户有一个使用扫描仪的指定地点，他们将零件带到那里，”他说。 “但他们有时会将设备带到使用点。”从某种意义上说，它是逆向测量。将设备保持在中央位置的优势在于它处于受控环境中。能够移动它的好处是灵活性。

Brown 指出了步行计量学与一般计量学的另一个普遍问题——培训要求和易于使用和理解的技术之间的相互作用。 “我会将任何计量操作分为两部分，测量和检查，”他解释道。测量是将 3D 点输入计算机。您需要的是检测软件来提取信息到您想要测量的特征。他的观点是，在任何制造操作中，您都需要接受过测量和检查方面培训的人员。更好的是测量和检测系统以及同样易于使用的软件。 “很难找到训练有素的计量专家，”他解释说 Creaform 强调开发易于使用的检测软件和测量设备。

另一种提供 3D 测量的设备是来自 Keyence Corp. of America（伊塔斯卡，伊利诺伊州）的 XM 系列手持式 CMM。 Keyence 区域产品销售总监 Steve Chirichella 说：“它旨在在任何环境中的任何地方使用，并允许用户走到它面前并快速获得答案。”该公司将其定位为便携式 CMM。相机捕捉手持式探头上七个不同标记发出的近红外光，以确定触控笔尖端的位置。 “没有移动部件，”他解释说。 “我们摆脱了编码器或其他任何磨损的东西，使机器经久耐用，无需维护和重新校准。”零件放置在可移动的平台上。需要注意的是，该系统是为3×2×1′（0.9144×0.6096×0.3048 m）范围内的零件设计的。

虽然不需要特定的零件程序来进行测量，但该设备可以使用增强现实捕获程序。它在探头尖端包括一个小型摄像头，不仅可以显示目标的外观，还可以显示测量的描述和测量值。该软件包括生成报告的能力，附带从探头尖端相机拍摄的照片。对于每个测量点，该设备将元素名称和编号以及测量结果实时显示在操作员面前的监视器上由摄像头捕获的图像上。 “有时我们的客户将 XM 设备放在推车上而不是中心位置，将设备带到工作场所，”他说。它特别适用于生产小批量、高混合度的复杂零件的机械车间。

替代概念

Chirichella 还指出，Keyence IM 视频测量系统也可能适用于walk-up 概念。他说，该系统旨在取代光学比较器或将光学比较器带入 21 世纪。与其他定位为可步行的设备不同，IM 系列需要为其编写零件程序。 “这台机器是为速度和几乎令人痛苦的简单而设计的，”他解释道。还有一个称为“自动测量”的功能，操作员将零件放在台上，画一个盒子，然后测量更方便地符合步行模式的所有内容。 Chirichella 讲述了一家公司使用其质量实验室为分散在工厂周围的六七台机器编写程序，使用户可以快速访问经过验证的零件程序。

Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL) 的 CMM 产品专家 Gene Hancz 表示，其他久经考验的设备，例如手动 CMM，也适合步行测量概念。他同意这一趋势不再仅仅依赖于检验部门，而是更多地依赖于让计量设备能够方便地检查他们自己的工作。他指出，当今大多数 CMM 销售都是 CNC 控制的，其中手动 CMM 为简单的单维测量提供了价值。 “手动 CMM 有两种使用方式，”他解释说。 “一个是零件程序用于经常使用的非常具体的检查。另一种是没有任何程序，有人来做一个单一的、二维或三维的检查，他们是手动设置的。”这符合无电梯计量的定义。

一个很好的例子是 Mitutoyo Crysta-Plus M 系列 196 手动浮动型三坐标测量机，它可以测量最大 700 × 1000 × 600 mm 的零件。 Hancz 说它非常适合日常任务，例如设置机床以检查初始零件。

最后，最简单的工具在无人值守测量中也不容忽视。 “高度计和平板是店里最常见的物品，”三丰销售副总裁 Mike Creney 说。 “大多数不需要电力或空气，只要具备一些不错的数学技能，任何人都可以测量、检查和评​​估零件的公差接受度。旧方法仍然适用于高度支架、测试指示器，而且仍然是最便宜的。”最好的事情是手动工具很容易教给新手用户。三丰手动工具的新发展包括高速千分尺 QuantuMike 和分辨率为 0.0001 毫米的 MDH 千分尺。 “这为车间带来了世界上最好的分辨率，”他说。

Creney 还指出了其他久经考验的设备，其中许多是三丰提供的，例如轮廓投影仪和表面粗糙度设备，尽管它们确实需要一些额外的知识才能操作。不应该完全排除在步行场景中使用自动化 CNC 设备的可能性。 “一种典型的方法是使用安装在测量设备上的快速夹具或固定装置的 CNC 系统，”Creney 说。 “如果您使用多台车床，您可能在中心位置有一个圆度系统。在监控阶段，您可以使用专用的安装夹具将零件居中，只需将圆柱形工件放入夹具中，用手拧紧并按下按钮即可。您可以在几分钟内评估圆度和偏移或修改车床的设置。”

以前在 AdvancedManufacturing.org 上发表过。