現(xiàn)代化的動力總成加工車間將配備高速、高精度的加工制造設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的控制平臺對測量系統(tǒng)提出了更新、更高的技術(shù)要求。本文通過描述動力總成企業(yè)對檢測規(guī)劃、設(shè)備選型到測量系統(tǒng)的驗收，再到動力總成生產(chǎn)線設(shè)備調(diào)試、設(shè)備驗收至批量生產(chǎn)的幾大工作步驟，闡述選擇車間型測量機系統(tǒng)在整個過程中的重要性和必要性，從而得出了車間型測量機系統(tǒng)作為生產(chǎn)線規(guī)劃布局中重要質(zhì)量控制組成單元的必要性和優(yōu)越性。
在整個動力總成加工制造環(huán)節(jié)，零件加工的節(jié)拍將精確到“秒”，如此快節(jié)奏的生產(chǎn)過程要求快速、準確的提供檢測報告。測量報告的快速呈現(xiàn)可以有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量和防止制造產(chǎn)品的批量報廢。同時，通過現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使車間型測量機成為生產(chǎn)過程的一部分，車間型測量機在完成工件測量后將在軟件窗口通過圖形化的標識和數(shù)字化報告快速呈現(xiàn)被檢測零件合格與否，同時將通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至用戶的數(shù)據(jù)庫管理中心，如：目前在全球動力總成方面應(yīng)用廣泛的Q-DAS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
本文將介紹來自海克斯康計量的Global Silver SF 測量系統(tǒng)在先進動力總成生產(chǎn)線中的配備過程及在制造工程中有效應(yīng)用。
動力總成檢測規(guī)劃階段：項目規(guī)劃人員將確定在線CMM設(shè)備的數(shù)量，以確保測量效率與加工、抽檢頻次有效配合，這方面將主要考慮測量設(shè)備的動態(tài)性能，如空間運動速度與空間運動加速度、探頭的掃描速度和加速度等。根據(jù)工件的制造精度和加工環(huán)境確定測量設(shè)備的精度及設(shè)備類型，這方面主要考慮測量設(shè)備MPEE, MPEP，MPETHP/t等ISO-10360指標以及探測系統(tǒng)的承載能力(懸掛加長桿和探針的重量及長度)。同時，根據(jù)用戶現(xiàn)場的需求配備相關(guān)輔助系統(tǒng)，如：用于車間環(huán)境下穩(wěn)定電壓、氣壓的PUP系統(tǒng)，用于用戶進行快速、安全更換工件的上下料系統(tǒng)，用于確保工件測量狀態(tài)和穩(wěn)定性的夾具系統(tǒng)和用于適應(yīng)車間環(huán)境防塵等；“圖一”中展示了一個動力總成生產(chǎn)線的在線測量機布局規(guī)劃。“圖二”展示了完整的車間型測量機測量系統(tǒng)；Global Silver SF機型擁有866 mm/s的空間移動速度和2600 mm/s2的空間加速度與加工效率完美匹配，配備了Leitz LSP-X5系列探頭，支持最大負重500克，最大加長長度500 mm，將確保動力總成部件在高精度條件下一次性完成接觸掃描測量。
車間型測量系統(tǒng)的驗收：不是任意一款測量系統(tǒng)都適應(yīng)與生產(chǎn)車間的環(huán)境，按照車間的規(guī)劃以及對成本的考慮，生產(chǎn)車間對溫度控制一般在15℃至30℃之間，測量系統(tǒng)在生產(chǎn)車間安裝后，將根據(jù)控制計劃的要求編輯完成測量程序，按照前期規(guī)劃的要求控制檢測的節(jié)拍。在車間環(huán)境下完成機器精度及測量程序驗證，其中最重要的驗證為按MSA的要求完成測量設(shè)備的GR&R。GR&R的指標由重復(fù)性和再現(xiàn)性兩項指標組成，廣義上可以理解為這兩項指標的誤差值占尺寸總公差的10%視為測量系統(tǒng)通過。
GR&R(見圖三)的通過確定了測量系統(tǒng)可以用于生產(chǎn)線的驗收及生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。由于GR&R測試使用加工工件并涵蓋整個零件尺寸，整個測試過程一般會超過48小時。在寬溫度環(huán)境下，測量系統(tǒng)的寬溫帶設(shè)計以及溫度補償功能在整改測試環(huán)節(jié)中將起到至關(guān)重要的作用；Global Silver SF機型配備結(jié)構(gòu)性溫度補償系統(tǒng)，是針對時間/空間溫度波動進行測量結(jié)果補償?shù)男录夹g(shù)。基于15個溫度傳感器(測量機上14個，工件上1個)所組成的網(wǎng)絡(luò)，可識別測量機和被測工件溫度的變化并對測量結(jié)果進行補償。這種技術(shù)不僅考慮了材料的自然線性擴張，也通過測量機的數(shù)學模型，考慮了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的變化。因此測量機可在15 - 35°C的寬溫度范圍內(nèi)進行測量；圖四中展示在42小時溫度漸變中結(jié)構(gòu)型溫度補償系統(tǒng)的表現(xiàn)。
用于生產(chǎn)線的驗收階段：在這個過程中車間型測量機將提供測量數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)制造設(shè)備供應(yīng)商調(diào)整加工設(shè)備。在這個階段，測量系統(tǒng)大約需要在車間環(huán)境下連續(xù)工作約60天的時間，測量系統(tǒng)的誤差將直接影響Cm, Cmk的能力指數(shù)，其中環(huán)境溫度的變化對整個測試過程的影響是最大的。同時，測量軟件將提供設(shè)備驗收支持的用戶界面及產(chǎn)生符合Q-DAS規(guī)范的數(shù)據(jù)報告。通過車間型測量機提供的首件(1parts)、5parts 、50 parts數(shù)據(jù)，質(zhì)量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進行能力分析，判斷生產(chǎn)制造設(shè)備是否可以通過驗收。通常使用能力指數(shù)Cm，Cmk表示。(PQC尺寸能力一般要求在2.0以上，STD尺寸能力一般要求在1.33以上)。圖五、圖六將展示Q-DAS用戶判斷機床加工能力的各階段報告。
車間型CMM用于PPAP階段：當生產(chǎn)設(shè)備完成驗收后用戶將使用加工機床連續(xù)加工250個工件或更多，然后通過每2件或5件的方式使用車間型CMM進行抽檢，一般需要得到至少125個工件的Q-DAS數(shù)據(jù)。質(zhì)量工程師通過在Q-DAS軟件中按照要求進行能力分析。通常使用能力指數(shù)Pp，Ppk表示。(PQC尺寸能力一般要求在1.67以上，STD尺寸能力一般要求在1.33以上)，判斷是否可以進入SOP階段。評估報告與圖片六相同。在這個階段，測量系統(tǒng)將連續(xù)運行約120個小時左右，測量的效率以及車間的溫度變化都將影響PPAP階段的進程。同時，測量設(shè)備的誤差也將直接影響Pp,Ppk的結(jié)果。換而言之，測量系統(tǒng)的誤差比越小越能真實的反映加工線的加工能力。
車間型CMM用于SOP：當完成PPAP后已確定生產(chǎn)線處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。此時，車間型CMM系統(tǒng)將用于生產(chǎn)過程的工件抽檢環(huán)節(jié)，這個測量過程是一個長期恒定的檢測過程，整個檢測周期將跨越4個季節(jié)，也就意味著測量系統(tǒng)將經(jīng)歷15℃至30℃的漸變過程，這對測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求?，F(xiàn)場操作人員將根據(jù)質(zhì)量工程師和現(xiàn)場ME的要求，對生產(chǎn)制造工件首件、中件、末件、不定期抽查件和換刀件、換型件進行檢測。車間型CMM軟件操作界面將提供一切可以用于追查質(zhì)量的輔助信息交付窗口，如：為用戶提供2D matrix 掃描槍，用戶可以使用掃描槍掃描噴在零件上的2D碼，軟件將根據(jù)2D matrix的編碼信息自動完成測量程序的選擇、生產(chǎn)線編號等，并且提供可選擇的測量目的、以及操作者的信息等等。車間型CMM軟件操作界面還將提供用戶選擇測量程序的交付窗口，通過該窗口用戶可以根據(jù)需求按工序測量、按刀具測量、按項目或尺寸測量。在提高檢測效率的同時降低操作的復(fù)雜性和出錯的概率（見圖七）。
車間型CMM提供的報告：在完成檢測后將提供三種形式的測量報告用于現(xiàn)場操作者、ME和質(zhì)量工程師用戶不同目的數(shù)據(jù)分析。“紅、黃、綠臉”報告（見圖七）用于現(xiàn)場操作人員快速判斷加工工件的狀態(tài)。紅臉表示超差、綠臉表示合格、黃臉表示超過公差的80%需操作人員注意并通知現(xiàn)場ME。“測量報告”（見圖八）用于現(xiàn)場ME調(diào)整測量設(shè)備或更換刀具。“Q-DAS報告”用于上傳至Q-DAS數(shù)據(jù)庫（見圖九），用于質(zhì)量工程師進行按每月或每季度的生產(chǎn)能力分析，及時對生產(chǎn)線的加工能力和生產(chǎn)設(shè)備的加工狀態(tài)做出正確判斷。有效防止加工失效和批量報廢的產(chǎn)生；同時，質(zhì)量工程師也可以根據(jù)車間型CMM輸入的輔助信息，在Q-DAS數(shù)據(jù)庫中按照時間、加工設(shè)備、操作者等進行篩選，準確獲得希望分析的數(shù)據(jù)（見圖十）。
總結(jié)：隨著現(xiàn)代質(zhì)量控制技術(shù)和統(tǒng)計分析軟件在生產(chǎn)過程中的有效應(yīng)用，測量設(shè)備提供的檢測數(shù)據(jù)將不僅僅用于判斷某一測量工件是否合格而更多用于提供長期的數(shù)據(jù)采集。通過對長期的數(shù)據(jù)進行分析，動力總成的規(guī)劃人員可以對生產(chǎn)設(shè)備的后期規(guī)劃提供理論支持，動力總成的ME人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計算出更優(yōu)的生產(chǎn)節(jié)拍、刀具壽命和更換加工設(shè)備零件的周期，動力總成質(zhì)量人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)計算出目前生產(chǎn)工件的質(zhì)量狀態(tài)從而可以量化質(zhì)量能力。車間型測量機系統(tǒng)因更接近生產(chǎn)制造現(xiàn)場大大縮短了送檢周期。同時，更接近現(xiàn)場的工件制造環(huán)境，和不需要建立單獨的溫控測量間將有效的消除加工環(huán)境與測量環(huán)境不一致的問題以及檢測成本的問題。因此，車間型測量機系統(tǒng)將成為動力總成質(zhì)量在線控制規(guī)劃的首選。
注釋1：能力證明階段
注釋2：車間型 CMM自動化工作示意圖。
參考文獻：
[1] 海克斯康在線測量設(shè)備技術(shù)規(guī)范
[2] GMPT MSA Specification
[3] Ford GCR Specification
[4] Q-DAS 統(tǒng)計與過程分析(SPC)
