将表面检测交到机床操作员手中

随着零件公差的收紧，形状和表面光洁度对产品的尺寸和功能都有更大的影响。并且由于制造商面临提高生产效率的压力，在质量室的测量系统上进行表面或形状检查已不再可行。在制造时测量表面光洁度变得越来越重要——通常由制造零件的同一位机械师进行。虽然这位机械师通常是机器运行方面的专家，但他或她不一定是进行表面光洁度测量（以及收集和记录数据等相关任务）方面的专家。

在不久的将来，当表面光洁度通过判断“测量”或与指甲与标准进行比较时，我们已经走了很长一段路。自粗糙度计量问世以来，国际标准和国际公认的表面参数的数量呈指数增长。这使得质量室或生产车间的新员工（甚至是经验丰富的员工）特别难以掌握表面计量的细节和复杂性。

便携式粗糙度仪

因此，制造商需要满足测试要求且易于使用的操作员工具。例如，Ra（平均粗糙度）是分析许多应用表面光洁度的首选方法。袖珍型便携式表面测量仪是这些基本测量的理想选择。凭借其小尺寸、坚固性和简单的一键式操作，制造商已成功使用它们在车间进行粗糙度测量超过 25 年。

但 Ra 并不是镇上唯一的游戏。表面的设计或制造方式通常会影响其性能。表面是否需要微小的凹槽来保持油，或者只是足够的粗糙度来确保油漆能够保持？表面处理会影响表面的外观吗？有可用的表面光洁度参数来测量这些特性中的每一个。并且有可以测量它们的便携式表面光洁度计。事实上，一些较新的便携式测量仪可以测量超过 30 种不同的参数。

这里的困难在于，您现在拥有的基本上是手持尺寸的实验室级表面处理系统。因此可用性成为一个问题：虽然测量多个参数可以像按下一个按钮一样简单，但配置这些参数对操作员来说可能是一项艰巨的任务。量具制造商试图通过改进量具和操作员之间的界面来领先于这种复杂性。

较新的便携式表面测量仪：最新的便携式表面测量仪可以像智能手机一样与用户交互。它们只需要很少的培训，操作员可以在几分钟内使用。这些装置足够智能，可以自动进行过滤器设置和截止选择，为用户提供最佳效果。此外，用户可以自定义屏幕和测量结果，以便他们只看到他们需要的结果，而不必筛选大量不需要的信息。为了快速访问常用功能，可以自定义显示以显示“最喜欢的”功能，例如发送数据或访问特定的跟踪详细信息。

再次像智能手机一样，该装置的显示屏可调节以允许在任何位置（水平、垂直或倒置）进行测量，从而为操作员提供最佳视角。

因此，既然机械师也成为了表面光洁度检查员，他还不如拥有成为数据收集和分析专家的工具。新的便携式表面处理产品使测量结果的收集或传输对用户透明。对于每个测量周期，设置允许数据结果以数据和 PDF 格式自动保存在设备上。同时，结果可以通过输出连接器（或无线数据发射器）自动发送到计算机进行 Excel 或第三方数据收集和 SPC 分析。这一切只需一个启动按钮即可完成，无需用户添加任何步骤。

定制或专用便携式表面解决方案

但是，即使具备所有这些复杂性和易用性，车间的表面光洁度测量仍然存在问题。当要测量的焊盘很短时，机器操作员可能没有时间将零件与表面光洁度探头紧密对齐。他或她可能无法深入到孔中，或者在气缸盖的特定位置需要进行多次检查，需要额外的设置。而且即使可以将探头带到测量点，匆忙的操作人员也可能无法保护探头免受损坏。

缸径：以测量缸径为例。气缸孔可能是第一个使用专门用于测量表面光洁度的量具的应用。特征包括各种尺寸的孔，这些孔可能相对较深，有些可达 8 英寸。打印件可能会标出特定的深度和位置以进行检查，并且在某些缸体中多达 12 个气缸，在绝大多数大容量应用中为 4 个，因此需要测量很多孔。因此，量规需要高度便携，便于操作员对齐和设置深度。该设计还必须保护敏感探针，使其在将量规带到零件时不会受到损坏。

专用的便携式表面光洁度内径规很像可扩展的三内径规。三孔有一定的尺寸调整，但可以设置成特定的尺寸。这使其能够“锁定”到位，并有助于在不受操作员影响的情况下提供非常可重复的读数。指示装置还受到传输机构的保护，因此当量规放置在零件上时，不会对其施加定位力。

表面光洁度缸径计借鉴了相同的原理。为了使其可调节以锁定到各种尺寸，使用可互换的板来实现正确的直径测量范围。使用正确的块设置量规可以轻松进入气缸孔，一旦到位，手动控制的气缸会扩展尺寸块，从而将量规锁定到位。夹紧力使得用户几乎可以用量规捡起块（尽管这只能由认真的举重运动员完成）。

但是量规的圆柱体还有另一个更关键的功能。当在没有空气的情况下压缩时，它将敏感的表面光洁度探头保持在缩回位置。这意味着在插入过程中，探头在量具体内受到保护。一旦操作员对测量仪的位置感到满意，他就会施加空气，将测量仪锁定到位，然后探头伸出，这样他就可以进行表面测试。完成后，空气被释放，探头缩回，量规变得自由，用户可以轻松移除。

小孔：缸体中的一些孔不如缸孔大，但也需要车间表面测量。这里可以采取另一种策略。再次借鉴精密尺寸手动测量的世界，可以结合固定机械塞的起飞。使用这种类型的量规，塞子的机械主体可以测量特定的孔径。因此它速度快，自定心，不受操作者影响。

相同的概念可用于便携式表面光洁度计。在这种情况下，接近被测孔径的塞体包含一个表面光洁度探头。但与固定式机械插头的触点总是接触孔不同，表面处理版本使探头保持缩回，直到插头处于其最终测量位置。然后一个机械传输机构将其释放。

汽车零件表面量规的其他示例包括曲轴和凸轮轴，以及它们进入的间断孔。关键的粗糙度和波纹度检查包括头部和块的甲板面，以确保组装时良好的无泄漏密封。

自动化表面解决方案

但即使使用最好的定制设计工具，操作员也可能不得不测量比他的设备能够处理的更多的零件和零件特征。因此，可以使用全自动表面测量机来消除用户对测量的影响。有很多例子表明操作员不必尝试进行这些复杂的检查而从中受益。示例范围从大型零件（例如可以通过一个自动设置进行所有表面检查的发动机缸体）到需要测量具有非常小孔的小零件的另一个极端。用户尝试将探头与要测量的孔对齐，即使不是不可能，这些也是很困难的。

在大型零件方面，CNC 测量系统专为气缸体和气缸盖等工件的粗糙度测量而设计。工件的定位和程序顺序是全自动的，控制和驱动零件和仪器在两个轴向上的旋转，因此提供了很高的灵活性和所有测量点的可访问性。

多个探头可用并在需要时自动选择，每个探头都使用预编程的探头尖端补偿。这使得可以根据零件图纸数据进行编程，同时自动纠正实际定位中的潜在偏差。测量过程是时间优化的，确保以最有效和最省时的方式呈现结果。

另一个极端是具有极小孔且非常深的零件。操作员必须有丰富的经验才能将小探头与钻孔对齐，然后尝试将探头深入钻孔以便在钻孔底部进行表面检查。而在获得这种经验的过程中，肯定会失去一些牺牲性的探测。

这方面的一个例子是各种燃料喷射喷嘴体的测量。全自动 CNC 测量站可以测量从盲孔到导向直径的整个喷嘴座锥体的轮廓和粗糙度。使用非常小的探头尖端（总高度为 0.45 mm），可以进入直径最大约为 0.6 mm 的盲孔。定制的软件例程可以实现工件整个内轮廓的全自动测量。

测头臂和工件支架尺寸存储在坐标系中，因此在操作期间无需进一步设置测量站。使用“工件识别”和自动探测臂更换单元，可以将自动化程度设计到任何程度，直至完全独立于操作员的执行。使用“托盘测量”选项，可以在没有操作员参与的情况下对多个相同工件进行测量，允许系统在一夜之间熄灯以完成整个托盘。

这些CNC测量站的好处可以总结如下：

• 对小型或大型零件的公差要求非常严格的测量任务
• 无需复杂的测量站设置即可快速测量
• 自动对齐和定位工件
• 由于探测臂检查、偏移清除和工件控制，探测臂损坏的风险非常低
• 过程中测量
• 对用于控制制造过程的每个特征进行统计评估
• 无需操作人员影响测量结果即可轻松完成复杂多样的测量任务

无论是手持便携式测厚仪上的单按钮操作，还是全数控表面测厚仪上的单启动按钮，表面光洁度测量都在推进到制造点并实现自动化。

曾在《质量》杂志上刊登。