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生產現場的測量機
使用在傳統計量室的測量機(CMMs),在許多情況下不能夠在過程控制方面提供及時有效的解決方案。目前,可以直接將測量機安裝在車間現場,使之成為制造流程中不可缺少的一部分。把制造過程納入控制,從而對任何的異常都能夠馬上采取行動。在線測量或靠近生產線進行測量,能夠顯著減少調整生產線的時間,從而縮短新品投放使用在傳統計量室的測量機(CMMs),在許多情況下不能夠在過程控制方面提供及時有效的解決方案。目前,可以直接將測量機安裝在車間現場,使之成為制造流程中不可缺少的一部分。把制造過程納入控制,從而對任何的異常都能夠馬上采取行動。在線測量或靠近生產線進行測量,能夠顯著減少調整生產線的時間,從而縮短新品投放市場的時間。測量機逐漸地取而代之,可以補充傳統專用量具的不足。實際上,量具在測量速度上無可匹敵,但有時其局限同樣是不可接受,尤其是它只能完成相對測量(即與樣板進行比較),這樣就缺乏靈活性。
采用“車間現場的靈活性”概念,允許公司的尺寸質量控制策略得以發展。用傳統的“基于錯誤的調整”的檢測方法來判斷工件是否在公差范圍內,只是在出現異常時才發現產生故障的原因。這種方法可通過更有效地“控制的調整”方法取而代之,即可實時地檢查過程趨向,預防有缺陷工件的產生,并為優化制造過程提供必要的信息。
對用戶來說,測量機所需要的一個主要特性就在于有效地適應車間現場尺寸控制的應用需要,也就是:良好的動態特性以適應合適的取樣數率;一定水平的精度;保證符合制造的工件符合設計公差的要求;便于使用,即使是沒有特殊計量知識背景的操作者也能夠使用;方便的上、下料操作;在需要的情況下,需要整合在制造過程中,在不影響正常的測量機操作的情況下,能夠脫機產生測量程序;為測量機提供避免環境影響的必要保護,并可保障操作者的人身安全。
基于以上的原因,適合車間的測量機采用了特定的技術方案,使得機器能夠更好的抵御外界環境的影響。
環境溫度
環境溫度和溫度梯度是測量機保障測量機精度的最為關鍵的因素。一方面,國際標準考慮到物理實體的尺寸在參考溫度20°C下為標準;另外一方面,一般的制造環境的溫度條件不盡相同,并隨著時間和空間上的溫度變化而有所不同。一般情況,在不考慮車間現場環境的改善,使溫度不發生大幅度變化的前提下,車間現場的溫度范圍在18°C到35°C之間,24小時內溫度梯度的變化在10°C之內。
直接將測量機安裝在車間現場,并使之成為制造過程不可缺少的組成部分。
溫度如何對測量機造成影響
很明顯,溫度上升時,物質會膨脹。具備高導熱系數的材料,比如鋁,往往會快速調整其溫度與外界溫度的差異。它們通常對溫度梯度非常敏感,并能夠快速達到溫度平衡。具有低導熱率的材料(例如花崗石、鑄鐵),受溫度環境變化的影響就比較慢,它們對于快速的溫度梯度變化的影響就不敏感,它們保持溫度的時間就比較長,尺寸變化的也比較慢。在這兩種情況下,在梯度出現時為獲得正確的測量結果,需要采用溫度補償技術,使得測量結果能夠回歸到理想狀況下。還需要考慮溫度因素對于被測工件的影響,因為檢測結果的可靠性將與兩者有著密切的關系。為便于分辨,將區分與測量機相關的問題和與工件相關的問題。一般情況下的環境條件與國際標準環境溫度條件(20°C)有所不同,這并不是一個大問題。在溫度條件穩定的情況下,能夠加以預測和補償。
大多數測量機在設計上力求確保其部件的線性膨脹,從而可通過線性補償的方法將所有的測量結果自動補償至20°C條件下。在實際操作中,溫度的快速變化(溫度時間梯度)、溫度的空間變化(溫度空間梯度)往往會產生在測量機整個空間的不均勻變化,從而引發測量機幾何上的變形。在這種情況下,通常比較難于進行補償。測量機是使用各種不同的材料制成的,每種材料的特性也有所不同,該因素在這種現象中起著關鍵作用。為幫助用戶正確地評定和比較測量機的性能,采用的規定(例如ISO)需要制造商說明測量機保證精度情況下的溫度條件(絕對溫度, 溫度梯度、時間和空間上的溫度變化)。
材料和結構
多年來,測量機的制造商關于材料的選擇和相關的補償方法形成兩個明顯的學派。這樣使得采用低溫度傳導率材料和采用高溫度傳導率材料的車間型測量機并存。前者在短時間內比較穩定,但在中長期就會短暫延遲;后者反應迅速,能夠快速達到溫度平衡。一般情況下,最好的選擇是根據結構的盡可能對稱。解決方案是能夠可靠地反應測量機的幾何結構模型,從而對模型進行補償?;诤侠碓O計的剛性結構當然是非常重要的因素。比如測量機精密三角梁的截面提供了良好的剛性、質量參數。
采用同等跨距分布的空氣軸承,三角截面的重心較低,這樣使得機器剛性更好、更加穩固。
無論采用那種補償系統,在車間現場是不可能獲得與溫控間同等水平的精度和可靠性。
結構溫度補償
正如我們所看到的,線性溫度補償僅能夠補償車間環境下的部分測量機精度。鑒于此,Hexagon計量產業集團采用基于結構溫度補償的先進系統,能夠補償由于溫度梯度變化所造成的對機器結構變形的影響。
A.C.T.I.V.技術(溫度環境變化的自適應補償)一方面基于機器結構和材料技術,另一方面,根據機器結構的關鍵點所放置溫度傳感器上所獲得的數值。先進的算法能夠根據結構的膨脹和變形指數實時地修正工件的檢測數據。為使該補償系統有效,測量機需要具備良好的尺寸穩定性。在這種情況下,需要使用具備高導熱率的材料(快速達到溫度平衡),材料盡可能地均勻(使得變形的影響最?。?。利用這一方案,測量機和工件能夠大致達到一個溫度,即周圍環境溫度。從移動橋測量機上獲得的數據,驗證了A.C.T.I.V.技術是一項在溫度發生大的變化時,顯著減少測量不確定性的有效方法(15~30°C,最大溫度變化范圍是10°C/24h)。為了完成在16~26°C和最大溫度變化范圍5°C/24h的環境變化,我們還可提供CLIMA選項。
隔離間和隔離罩
在一些情況下,測量機安裝在通風或溫控的隔離間內,從而減少溫度和溫度梯度造成的影響,并使得濕度保持一致。另外,隔離間還能夠保護測量機免受灰塵和油污的影響。隔離罩一般只能包容測量機,而隔離間一般情況下除了容納測量機,還能夠為操作者提供工作空間。這兩種方案都能夠為機器操作提供絕對安全。
通風罩一般用來保持機器結構的溫度與外界溫度保持一致,這樣的溫度梯度變化較小,從而避免在測量空間產生溫度階層。很顯然,能夠使溫度的影響最小化但不能消除。為防止未經控制的測量機計量性能的降低,需要在測量機上使用合適的補償系統。溫控間使得測量機處于理想狀態,具有一致的操作溫度。需要注意的是,測量時的溫度條件與被測工件的溫度條件有所不同(環境溫度)。
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