ZEISS测量技术:智能工厂的重要组成部分

国际金属加工网 2018年01月31日

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如今的测量技术如何优化未来的生产工艺?质量工程师未来将扮演怎样的角色?虽然在线或线边获得的质量数据越来越多,但对蔡司而言,测量实验室及其中的三坐标测量机仍像以往一样发挥着关键作用。由于他们的高精度,其将成为智能工厂的重要组成部分。

蔡司工业测量系统高级总监Andrzej Grzesiak先生非常肯定地表达自己对未来趋势的判断:“测量系统将自然而然地引导生产工艺的发展,这一点是显而易见的。我可以列举出许多通过测量技术实现生产工艺突破的蔡司客户,这些客户都希望将次品率降低至零。”

目前有许多测量解决方案可供选择,除了带接触式测头和光学测头的传统三坐标测量机,其它系统目前也成功地用于进行测量作业。因此“三坐标测量系统”这一术语目前已在相关标准中予以确立。Grzesiak在报告中指出:“我认识一些测量技术的外行,他们断言三坐标测量系统很快就会过时,但我对此却不以为然。事实上,三坐标测量系统在生产过程中的作用日益重要,即使其它测量技术(如在线光学测量)的使用越来越多,也并不影响这一点。其中最大的挑战在于如何将通过不同测量技术所得到的结果进行对比。如果综合考虑这些技术的所有相关因素,那么是可以进行对比的,但这需要投入大量的时间和精力。而且还必须记住一点,新技术使制造商获得了不同类型的信息,但这些信息并非马上就能与采用传统方法(如:利用单点测头来获取多点复杂物体的表面信息)所获得的信息进行对比。而如今的软件解决方案(如:ZEISS PiWeb)能够实时将测量数据进行关联并实现数据的可视化,从而发挥出越来越重要的作用。Grzesiak解释说:“三坐标测量机(CMM)具有很高的精度,因此能够为其它测量过程提供‘总体计划’。”

快速且高效

为了解释看似很小的解决方案如何优化整个产品开发过程中的测量工作,Grzesiak提到了ZEISS CALYPSO PMI:这款软件可显著提高创建测量计划的效率。它首次自动结合了产品和制造信息(PMI),这种方式在CAD模型中逐渐成为标准做法,在单个测量计划中指定尺寸、形状和位置公差。换言之,测量技术人员只需使用工件设计中的当前指定数值,从而节省了大量的时间和精力。质量专家可以通过这种方式进行缺陷分析和预防,最终降低次品率并提高生产效率。这种面向任务的实现方式,即将CMM的测量结果高效应用于到公司的其它领域(如:基于数字模型的模拟)也是未来开发的另一个趋势。

目前,工业制品的产品生命周期管理需要进行虚拟规划和产品检验。对于三坐标测量技术而言,这意味着在实体机器上对实际样品进行测量之前,先以虚拟方式进行测量,并通过模拟进行验证。而在成本压力方面,也将大幅减少使用实体系统来验证新测量计划的频率。因此,越来越多的试验测量工作都将在虚拟机器上进行,不仅大公司呈现出这种趋势,一些中小规模的制造商也从这些技术中受益,原因在于这些技术易于使用且有利于节约成本。

测量实验室的数字化

给测量技术人员更多的时间来分析质量数据,他们就能确保测量实验室的操作环境满足CMM制造商规定的要求。由于当温度和空气湿度变化时,检验和测量工具以及待测工件的性质也会发生变化,因此测量系统制造商规定了特定的限值。Grzesiak解释说:“如果操作员在测量时不密切监控环境条件,就有可能得出不准确的测量结果,从而导致产品质量降低。”为了确保最佳的测量条件,蔡司推出了ZEISS TEMPAR温度监控系统。该系统利用九个测头来获取测量实验室中的实时温度,而且在测量和记录温度方面的性能优于温度记录仪。分布在实验室各处的测头不仅能以25mK精度的测量温度,还可以联网并自动记录整个测量实验室的温度状况。TEMPAR可显示一个时间段内的温度变化以及实验室中某个测头所在位置的温度变化。如果TEMPAR计算的数值超过规定阈值,系统将通过指示灯、监视器上的彩色编码数值以及电子邮件向操作员或实验室经理发出警告。这样操作员就能自动消除由于温度变化导致偏离标准值的可能性。此外,系统还将测量的数据存储起来以备未来使用,并可在需要时进行规定时间段的统计评估,大幅降低结果的不确定性。当然,也能将环境温度数据传输到ZEISS PiWeb质量数据管理软件,与其它数值进行对比。

面向目标的数据分析

“测量技术会产生大量的数据。必须找到一种方法评估这些数据,从而获得可用于控制生产的信息。由于计算能力和系统智能的大幅提高,这一目标目前可以实现了,”Grzesiak说。“没有这些进步,就没有ZEISS PiWeb。”这款软件是可扩展的质量管理IT解决方案。测量技术人员可以用它分析信息流,从而提高公司的产品质量和效率。“ZEISS PiWeb可以与所有测量解决方案联网,汇编通过各种机器获得的数据,”Grzesiak说,“将这些系统联网,测量技术人员可以使用报告功能以实时且跨部门的方式检查是否满足质量规定。”Grzesiak很清楚蔡司的这些解决方案未来将进一步发展:“测量技术将变得越来越智能化、网络化,并将继续降低操作员的影响,提高测量结果的可比性。”但这些技术开发还会从根本上改变测量技术人员的角色。“测量专家将从事新的、不同的任务,这将需要接受进一步培训。根据我的判断,未来的测量技术人员将更多扮演分析师和决策者的角色。”Grzesiak说。信息将来源于数据,而知识将来源于信息。Grzesiak可以预见到“会有质量顾问,他们为完美的生产流程奠定基础。他们不仅参与制造过程的规划,还会与设计人员密切合作,因为设计人员需要这些质量顾问的测量技术。这种转变将需要跨部门的合作,各个团队的密切合作将推动“智能工厂”的发展。”

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