车间计量升级：走测式服务实现精准零件检测

机加工人员切削几个零件或准备首件试产时，常需检查几个零件或几个关键特征。表面需抽检、圆度或同心度需确认。有时手持量具够用，但零件复杂度增加、进度趋紧，往往需要更强能力设备。

"可能有刀具制造商在磨削铣刀或制作特殊成型刀具，只想测个半径，"Starrett Kinemetric Engineering(加州拉古纳山)总经理Mark Arenal说。这种情况下，他需要适应性强、能运行广泛测量的走测式计量仪器。"我们制造的许多仪器非常适合车间'走测式计量'，"他说。典型如Starrett AVR和MVR系列2D视觉系统。从手动到全数控。刀具制造商可走测、放零件于工作台、成像铣刀半径快速测量，Arenal说。"非常简单。一个特征、一次测量、得数据、记下、走人。"

关键在于软件而非仅机床本身，尤其对数控机床。"系统软件使此场景相对简单易用，培训极少。您实际可触摸屏幕上看到的特征并测量它，"他解释。

但要真正具成本效益，机床也必须适应高产量生产。"例如，检验员想对几个零件——说10或20件——做100%首件检验。检验员可在同一机床编写零件程序、创建测量序列测量首件，含所有所需数据和报告格式。完成后保存零件程序，后续测量其余批次零件，"他说。"若设备能容纳多用户、其作业均可检验，对公司价值更大。"

据Arenal，Starrett特别高产设备是2017年发布的HVR100-FLIP。这台台式视觉测量系统可垂直或水平使用，具高分辨率数字视频和精密光学，据公司称可达90mm视场精准视场测量。

易用性与精度

Carl Zeiss工业计量技术公司产品管理经理David Wick解释走测式计量另一重要理由。"想要走测式计量的人通常不追求最后十分之一微米，"他说。易用性通常比精度更重要。"这是范式转变。重要的是易用性和重复性，"他说。他指出走测式计量需要系统能识别圆、半径、槽等常见特征。"所以您点按钮、快速建立测量、输尺寸公差、走人，"他说。他同意视觉系统如Zeiss O-Select系列适合走测式计量。Zeiss视觉系统含识别常见特征、创建零件程序的全套强大软件。

一致性也重要。"您希望机床无论谁碰过都给出好测量，"Wick说。依他看，这意味着遵循ISO标准、能在零件程序捕获常规测量。"O-Select按ISO 10360-7标准校准，"他解释。"自动对焦、照明、能处理同一零件多副本，"他说。可重用性也重要。"假设昨天您建快速程序测新平面2D物体五个尺寸，今天带来六个原型。放上机床、按按钮、机床依次测完所有六个，"他解释。"我们常见这种情况。"

QVI(纽约罗切斯特)高级VP Tim Moriarty同意新型视频系统更易用。他指出车间使用时它们与微米计甚至光学比较仪等手持工具竞争，后者需极少或无培训。因此重点在简洁。"我们一些测量系统允许任何人走测、放零件任意位置无需夹具、按按钮、瞬间获取零件系列测量——甚至首件或在制件，"他说。

Moriarty同意其他受访者：这种易用性导致易于数据传输用于过程控制和记录保存。易用视频系统优势在于固有精准快速，优于其他走测设备。"我们试图改进拿卡尺或放零件上比较仪的体验，"他说，通过提供更快更准测量。他指出QVI Snap系列等视频测量系统轻松达成0.0001–0.0002″(0.00254–0.00508 mm)精度。

"我们新款Snap大视场(LFOV)视频测量机满足此需求，"他说。Snap具100mm视场、特征提取、自动零件ID、优于0.0001″精度，据公司称。型号从台式Snap100（100mm直径视场、无移动工作台）到大容量Snap 350（350×350mm以上测量范围）。

第三维度

有时即使走测式计量场景也需要或渴望更完整第三维度测量。对此Moriarty指向公司QVI Fusion 400，一款LFOV多传感器测量系统自动化3D测量。具350×250×250mm测量体积，多传感器能力含视频测量、可用触发和扫描探头。含TeleStar Plus干涉TTL激光。

视觉系统理想于二维、基于视觉多传感器系统理想于二维半，有时全3D测量必要。"蓝光扫描仪为此走测式计量概念理想，"Wick说。Zeiss提供基于蓝光技术Comet系列3D扫描仪。"您把3D工件或零件放其回转工作台、按笔记本按钮、它转动工作台、扫描工件、创建3D模型，"他说。测量关键尺寸公差需可用CAD模型。但若有，可能是走测式计量概念终极形态。

"我们见清晰趋势：操作员须更靠近生产点检测，生产工程师和操作员须在生产过程中间步骤做好测量，"Creaform Inc.(加拿大魁北克Lévis)产品管理总监Dan Brown说。他衷心同意捕获3D测量需3D设备，如Creaform HandyScan 3D、HandyProbe和MetraScan 3D设备。他指出这些设备25–75 µm测量范围是理想精度区间，有巨大需求。

"卡尺很好，但不足以快速3D测量复杂零件，"他说。CMM精准但通常需零件程序——且操作需相当专业知识。这使扫描仪典型易用性和便携性成中等精度应用理想选择。速度提供自身易用性。3D光学扫描仪含Creaform等蓝光扫描仪，通常高速采集数据，每秒10万至100万点——远快于典型CMM、提供走测实用性。

另一关键点，他视为便携性。"一些客户有指定点用扫描仪、带零件过去，"他说。"但有时带设备到使用点。"这是某种反向走测式计量。保持设备固定位置优势是受控环境。移动优势是灵活性。

Brown指出走测式计量与一般计量共同的普遍问题：培训需求与易用易懂技术的相互作用。"我将任何计量操作分两部分：测量和检验，"他解释。测量是采集3D点进电脑。您需要检验软件提取信息至您想测量的特征。他的点是：任何制造运营需同时受过测量和检验训练的人。更好是测量和检验系统软件同样易用。"受训计量专家难觅，"他说明，解释Creaform重点开发易用检验软件和测量设备。

另一提供3D测量设备是Keyence America公司(伊利诺伊伊塔斯卡)XM系列手持三坐标。"设计用于任何环境任何地点、允许用户走测获快速答案，"Keyence区域产品销售总监Steve Chirichella说。公司推介为便携CMM。相机捕捉手持探头七个标记发射的近红外光确定测针尖位置。"无运动部件，"他解释。"去除编码器或其他磨损部件，使机器耐用、消除维护和重新校准需求。"零件放可移动工作台。注意系统设计用于3×2×1′(0.9144×0.6096×0.3048 m)范围零件。

虽无需特定零件程序测量，设备可用增强现实捕获程序。含探头尖小相机不只显示目标外观、还显示测量描述和测量值。软件含用探头尖相机拍照生成报告能力。每测量点，设备在操作员前监控器显示的相机捕捉图片上实时显示要素名、编号及测量结果。"有时客户把XM装推车而非固定位置、带设备到工作场所，"他说。特别适合生产复杂小批量多品种零件的机床车间。

替代概念

Chirichella也指出Keyence IM视频测量系统可能符合走测概念。系统设计替代光学比较仪或将光学比较仪带入21世纪，他说。不同于其他走测能设备，IM系列需为其编写零件程序。"机器为速度和近乎痛苦的简洁而生，"他解释。也有"自动测量"功能：操作员放零件于工作台、画框、测量所有更适合走测范式的内容。Chirichella讲一公司用质量实验室为厂区分散六七台机器写程序、让用户快速访问验证零件程序。

其他可靠设备如手动CMM也符合走测式计量概念，据Mitutoyo America公司(伊利诺伊奥罗拉)CMM产品专家Gene Hancz。他同意趋势从单纯依赖检验部门转向让计量设备可及、让人检查自己工作。他指出今日CMM销售多数数控，手动CMM为简单单尺寸测量提供价值。"手动CMM可两种用法，"他解释。"一是用零件程序做常用特定检查。二是完全无程序、有人走测做单个或二三维检查、手动设置。"这完全符合走测式计量定义。

好例是Mitutoyo Crysta-Plus M系列196-手动-浮动型CMM，测量零件达700×1000×600mm。Hancz称其适合日常任务，如设置机床检查首件。

最后，走测式计量语境下最简单工具不应忽视。"高度规和平板是车间最常见物品，"Mitutoyo销售副总裁Mike Creney说。"多数不需电或气、有基本数学技能任何人能测量、检查、评估零件公差接受。老法子用高度架、测针依然有效、仍是最便宜。"最好是手持工具极易教会最新手用户。Mitutoyo手持工具新发展包括QuantuMike高速微米计、0.0001mm分辨率MDH微米计。"这将世界最佳分辨率带到车间，"他说。

Creney也指向Mitutoyo提供的其他可靠设备，如轮廓投影仪和表面粗糙度仪，虽需额外知识操作。自动数控设备不应完全排除走测场景。"典型方式用快速夹具或固定装在测量设备上的CNC系统，"Creney说。"若用多台车床，可能有中心圆度系统在中心位置。监控阶段可有专用安装夹具定心零件、仅放圆柱工件进夹具、手拧、按按钮。几分钟内可评估圆度和偏心、修改车床设置。"

本文曾刊登于AdvancedManufacturing.org。