迈卓诺光笔测量仪在大工件测量的应用

国际金属加工网 2016年09月18日

目前,大工件的测量主要应用三坐标测量机,包括固定式三坐标测量机和便携式三坐标测量机。其中,便携式三坐标测量机又有机械关节臂测量机和光学坐标测量机(包括利用摄影测量技术的光笔测量仪和利用激光干涉测量技术的激光跟踪仪)。

我认为,不能简单地说那种形式的坐标测量机好,用户应该根据自己的检测需求,选择适合自己的设备。一般来说,大型工件更适合现场测量,便携式三坐标测量机更加适合。特别是一些特别大、特别重,而且不宜搬运的工件。这些应用主要来自于汽车航空航天电力生产设备等大型、重型制造行业。如汽车的焊接线(焊接夹具),是固定在焊接车间的,不能移动,只能在现场测量;又如大型的水电、风电叶片,有的大水电叶片有7~8m,几十吨重, 而风电叶片都在几十米,这些零件,只能采用测量范围大的光学式坐标测量设备在现场完成检测。而Metronor光笔测量仪作为一套适用于车间现场的便携式坐标测量机,测量范围可达30m,精度可达20μ,非常适合大型零件的现场测量。

在很多制造企业,重加工、轻检测的思想目前依然比较多。实际上,像光笔测量仪这种可以应用于车间现场的便携式坐标测量设备,不仅可以检测零件是否合格,进行质量把关;而且,还可以参与生产,革新或创新制造工艺。这就突破了测量设备仅仅用于检测的范畴。迈卓诺(Metronor)公司在这方面很多成功的案例。

瑞典SAAB航空目前为空中客车和波音最新的项目提供复合材料零件。因为尺寸大以及制造过程中所引入的变化量多,大型高精密复合零件的加工非常具有挑战性,过程控制必须非常严格。因此,为大型高精密复合零件制造工装是非常复杂的,而且昂贵,因为所用工装必须能够对工艺过程中各种变量进行控制和补偿,如果不彻底解决将付出巨大代价。

以SAAB航空为空中客车公司生产方向舵的工艺为例。其两端都处于气流的包围中,因此铰链相对于两个表面的定位要十分精确。用于钻孔的模块需要准确定位,精确拟合到舵的两个表面。制造这个工装是非常困难的,并且实现可追溯性和稳定的工艺过程实际上是不可能的。

SAAB航空巧妙地简化工艺,其解决方案看起来并不复杂:一套专属装置上唯一固定的工装是一个可重复装卡的简单夹具,只是为了保证方向舵能被夹持在一个固定位置,钻孔的模块是装置中单独的个体,与夹具之间没有机械连接。装置的精度不是来自昂贵的工装,而是来自一套相对便宜的Metronor便携式测量系统。

这个工艺过程在原理上是非常简单的:首先,利用Metronor光笔测量仪,测量方向舵工件的几何尺寸,看其是否在标称的公差要求范围内;然后,用方向舵中重要的一些几何元素,进行坐标的最佳拟合对齐。只需要用Metronor测量系统简单测量几个元素,然后就可以进行坐标系对齐;最后,在有了方向舵工件实际尺寸的前提下,用测量系统定位钻孔模块的最佳位置,从而保证孔位的位置精度。这就保证了即使在由材料和生产过程带来一些微小变形的情况下,依然能够生产出最佳品质的产品,生产工艺也得到了飞机制造商的高度认可——而且不会生产出废品。借助于这套装置,SAAB每天可为空中客车生产8架飞机所用的方向舵。波音的Dreamliner也在使用同样的方案。

SAAB航空运用有效的灵巧加工理念赢得市场,而这种创新得益于将测量设备应用到制造过程。通过这种技术创新,简化了工艺,降低了成本,并显著提高了生产效率,为客户创造了可观的价值。

在能源领域,电力设备一般都是大型、重型设备,作为擅长大型零件测量的Metronor光笔测量仪,正是其用武之地。

我们知道,在寻求可再生能源方面,风力发电发挥了重要作用。高效风力发电需要符合先进空气动力学形状和高度精确的叶片。事实上,在风电叶片外型上毫厘的偏差可能造成运营商成千上万收入的损失。 艾尔姆玻璃纤维制品公司(LM Glasfiber)——迄今为止世界上最大的叶片制造商,在比较了包括激光跟踪仪在内的多种检测手段后,最终选择迈卓诺便携式坐标测量系统,以保证该公司在全球工厂出产叶片的质量。这是艾尔姆为巩固和提高产品质量,保持在这一新兴市场先进供应商的一部分。

Metronor的解决方案是依据是对现有技术的拓展研究。要达到艾尔姆的技术要求,需要在车间现场严酷的环境下得到准确和可靠的测量结果。同样重要的是,解决方案可以获取叶片上所有的关键数据,而对操作者来说只需简单的培训。迈卓诺测量系统很好地符合艾尔姆玻所有的要求并通过了严格的功能和精度验证。此外,Metronor还同艾尔姆密切合作,开发半自动化检测程序,最终的解决方案客户非常满意。

Metronor被艾尔姆公司选做叶片质量检测设备供应商,为其全球每个制造厂至少配备一套Metronor的便携式大尺寸测量设备,目前总共有近20套设备,帮助其对全球工厂的各种过程实现标准化。

除此之外,Metronor在大型水电叶片的检测和加工中也有很多成熟应用。大型水电叶片一般是先进行铸造,由铸件进行铣削加工。每个铸造叶片都在几十吨,成本很高。利用Metronor光笔测量仪,首先对大型铸造叶片进行检测,确保叶片铸造的是否合格。通过在叶片上均匀采点,然后利用专业的测量软件进行最佳拟合,可以对加工余量进行优化。通过加工余量的优化,用户甚至可以使本已报废的零件起死回生,即通过对加工余量的重新调整,使原来加工余量为负或者不够的区域变为正。而由此带来的效益是不言而喻。

在对铸件进行检测和加工余量优化后,在铣削加工的现场,Metronor光笔测量仪可以参与到加工过程,提高生产效率。将铸造叶片放到机床加工平台上,首先测量机床坐标系;然后通过采集叶片的多个点,进行坐标系的初步对齐,使机床坐标系和零件坐标系基本重合。然后将光笔(手持式测头)固定到叶片上,在调整叶片的位置时,相机可以同时追踪光笔上多个LED光靶的坐标,实时追踪叶片的位置和姿态。不断调整叶片,使其位于正确的位置和姿态,以便机床进行铣削。通过Metronor光笔测量系统,可以实现铸造叶片在机床的快速定位,并使得加工余量处于优化的状态。我们知道,大型铣床是很昂贵的,节约每个工作工时,提高其利用效率,就使得机床可以生产出更多的产品,为企业创造更多的财富。


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