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国际金属加工网 2017年12月20日

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对召回的恐惧促使汽车行业逐年持续提高质量保证标准。结果是:测量所需的时间和资源增加,在德国汽车供应商Peter Wahl Metall-und Kunststofftechnik的情况也是如此。为了满足质量保证部门不断增加的工作量,公司购买了ZEISS ACCURA多测头测量机。该机器使Wahl能进行光学测量和接触式测量,并极大加快了整个测量过程。

“测量所需的时间和资源在增加,”位于德国巴伐利亚州北部小镇克罗伊茨韦尔泰姆的Peter Wahl GmbH & Co. KG总经理Peter Kerber说。这家中型公司位于森林茂密的山岭旁边,生产车体、天窗、活动顶篷、锁闭系统和气囊以及生产这些产品所需的各种工具。Wahl生产的组件包括压印、拉拔、精密切割以及塑料部件和金属-塑料复合部件。汽车制造商只需要成功地检测初次抽样就能在一个时间段默认组件合格,比如7年。但自那以后,像Wahl这样的供应商每年通常需要保证每个部件的质量来进行重新质量验证,这需要比初始抽样检验和随机抽样检验更多的时间和精力。Wahl每年投入测量工作的时间大约为5000小时。该公司的质量经理和两名测量工程师难以应付繁重的任务,而两台现场三坐标测量机ZEISS CONTURA和ZEISS DuraMax始终以满负荷运行因此,管理层计划再雇佣两名测量工程师,并想再购买一台测量机。

搏一把

质量经理Willi Sauer已经决定购买哪款测量机:ZEISS CONTURA。Sauer自1980年代就在Wahl担任质量经理,在此期间他谙熟了各种测量机。

之后在2013年,Sauer参加了一个在蔡司总部德国Oberkochen举行的ZEISS ACCURA展示活动。当时这款机器还在进一步研发中,在很多方面都可以媲美ZEISS CONTURA。“但它更加灵活,”这位质量经理回忆说。新一代ZEISS ACCURA多测头测量机主要使用光学测头ZEISS LineScan,此外还有接触式探针。这样的前景立刻深深打动了Sauer和他的老板。唯一的不足是这款测量机和测头尚在研发中。尽管如此,两人还是一致认为:“我们决定参与开发过程。”2014年春天,这款测量机已经可以在Wahl的测量实验室中使用:这家中型公司接受了蔡司的提议,成为试点客户,并帮助将新一代ZEISS ACCURA推向市场。Wahl向蔡司进行了大量咨询,并持续反馈他们对这种新技术的体验。“我们从来不会事后批评自己的决策,”这位质量经理两年后说。“有了这款测量机,我们能驾轻就熟地进行此前无法处理的测量作业。”ZEISS LineScan激光测头其中也发挥了重要作用,这只是在ZEISS ACCURA多测头测量机上使用的三个光学测头和六个接触式测头中的一个。ZEISS LineScan (见下页的ZEISS LineScan图)可以以高达250000点/秒的速度获得工件的几何形状,在几分钟之内将整个工件形状转换为数字资料。

过程更快

使用ZEISS ACCURA测量机上的ZEISS LineScan帮助Wahl在多个方面取得了进步。首先,它加快了注射塑模工具的优化。员工现在可以将其与工具的CAD模型进行比较,因为测头可以绘制塑料部件实际形状的数字图像,这能使工程师在开发阶段初期更快地设计工具。“这种数据反馈在我们使用这种测量机之前是不可能实现的,”公司总经理Kerber说。“因此我们极大缩短了工具优化过程。”对Wahl来说,还有一个重大的好处:光学测头进行测量时不需要像接触式测头一样触碰工件。无接触的测量对于柔性塑料部件非常重要,因为即使是测量触针产生的轻微探测力也会使这些组件变形,导致测量值歪曲。有了ZEISS LineScan,Wahl在测量具有自由表面的工件方面也取得了进步。这种工件目前在汽车供应商制造的所有部件中占据很大比例。“使用接触测量系统我们无法始终到达必要的区域,”Kerber说。确保组件质量的组件形状信息只能通过绘制整个表面来获得。ZEISS LineScan可以做到这一点。由于该测头能测定形状和位置公差,因此它能快速并实际地检查各个组件在装配后是否能彼此配合。过去经常只有在客户地点装配失败后才发现缺陷。因此Sauer毫不奇怪“有很多客户现在希望把光学扫描作为测量文档的一部分。”

缩短测量时间

对于Sauer而言,接触式测头(如Wahl的ZEISS ACCURA多测头测量机配备的测头)是必备。这些测头可以获得精度极高的图纸尺寸。Wahl生产的高精度切割和塑料部件(如钻孔)的公差仅为百分之二到百分之三毫米。相比之下,该公司使用光学测量检查的各种形状和位置公差通常为0.2-1毫米。当前,汽车供应商仍使用接触测量法测量具有特定材料强度和尺寸的大多数冲压部件。但将接触测量和光学测量相结合的方法已成为测量几乎所有其它部件的标准做法。ZEISS ACCURA可在几秒钟之内在接触探针和光学探针之间切换。在这两种情况下,Wahl的四名非常熟悉使用其它蔡司三坐标测量机的测量工程师使用ZEISS CALYPSO软件生成测量程序。接触式测量和光学测量彼此补充,帮助Wahl更快地进行各种测量。例如:要获得汽车敞篷扳紧柄的所有必要尺寸,使用接触式测头需要45分钟时间。现在使用接触式测量只需获得特定的特征,其余的可以通过数字方式获取。结果是:仅用20分钟就获得了金属-塑料复合组件所有需要的图纸尺寸以及所有其它形状和位置公差。对Kerber和Sauer而言,这足以使他们考虑购买新的测量机:“事实上我们正在考虑把我们最喜欢的ZEISS CONTURA机器卖掉,购买带LineScan功能的ZEISS ACCURA,”Sauer说。

ZEISS LineScan

ZEISS LineScan三角测量测头可以每秒250000点的速度获取组件形状,精度± 0.025 mm。这种三角测量原理利用简单的几何关系进行远距离测量(如描述三角形侧边和角度之间关系的切线定律)。为了利用这些关系,ZEISS LineScan的工作原理如下:首先,激光在工件上投影一条线,然后集成的照相机获取具有阿尔法三角测量角度的图像。由于通过测头设计可以了解激光二极管和照相机之间的距离,就可以使用这个信息推算出测头到工件表面的距离,最终计算出表面形状。这一复杂的过程只需几分之一秒。

WAHL

Peter Wahl GmbH & Co. KG目前涵盖汽车组件的整个价值链:从设计阶段到工具和原型制造再到批量生产。公司自1962年成为专业的工具制造商,自那时起在其位于巴伐利亚(德国)北部的Kreuzwertheim持续扩张。大约350名员工开发并制造汽车工业中使用的金属和塑料组件以及金属-塑料复合组件。工具开发和生产一直是公司的重要支柱。汽车零部件的批量范围从一直以来的一个样品原型到每周7万件。


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