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如今，汽車和航空航天領(lǐng)域面臨的壓力日趨加大，制造商們必須努力提高燃油效率，提升環(huán)境績(jī)效，這使得他們對(duì)復(fù)合材料的需求與日俱增。然而，復(fù)合材料產(chǎn)品的生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要完成諸多截然不同的工序。

每道工序都可能出現(xiàn)零件收縮、變形、厚度誤差和工具缺陷等質(zhì)量問(wèn)題。這不僅極大增加了質(zhì)量控制團(tuán)隊(duì)的壓力，也對(duì)其坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)提出了更為苛刻的要求。事實(shí)上，大量使用CMM勢(shì)必會(huì)在生產(chǎn)初期增加許多往復(fù)工作，引發(fā)瓶頸效應(yīng)，進(jìn)而妨礙制造過(guò)程順利進(jìn)行。再加上，復(fù)合材料制造過(guò)程工序繁多，也為查找問(wèn)題工序帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。因此這意味著，需要不斷地對(duì)復(fù)合材料制造的零部件進(jìn)行反復(fù)修改，直至達(dá)到客戶的要求、規(guī)范和公差標(biāo)準(zhǔn)。這樣，會(huì)因測(cè)量設(shè)備的缺陷和誤差而導(dǎo)致難以通過(guò)首件檢測(cè)(FAI)或生產(chǎn)件審批程序(PPAP)，從而造成時(shí)間耗費(fèi)、成本增加、工期延誤，并影響客戶滿意度。

解決方案

計(jì)量是確保復(fù)合材料質(zhì)量的最佳方法。最常用的計(jì)量?jī)x器是CMM。傳統(tǒng)的CMM固定在地面，速度往往較慢，需要將待測(cè)零部件移動(dòng)到測(cè)量工具上。在工業(yè)環(huán)境中，復(fù)合材料制成的零部件通常體積龐大，難以移動(dòng)。這種測(cè)量系統(tǒng)無(wú)疑難以提供最快的速度(就編程和操作次數(shù)而言)，以及最高的便捷性(相對(duì)于行業(yè)通常的容差標(biāo)準(zhǔn)而言，其精度水平過(guò)高)。因此，能夠在車間環(huán)境中直接完成質(zhì)檢的計(jì)量設(shè)備才是理想之選。

便攜式CMM(如測(cè)量臂、激光跟蹤器和光學(xué)CMM)支持這種方式的3D測(cè)量。便攜式CMM具有易操作、速度快等優(yōu)勢(shì)，因而更適合在中間環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)量，可顯著提升質(zhì)檢效果。

然而，所有這些測(cè)量工作都必須在車間環(huán)境中完成。車間環(huán)境往往復(fù)雜多變，并且難以建立固定的測(cè)量設(shè)置，這意味著在實(shí)踐中使用臂式CMM和激光跟蹤儀不具可行性。如果被測(cè)零部件在測(cè)量過(guò)程中發(fā)生移動(dòng)、振動(dòng)或搖晃，3D檢測(cè)和質(zhì)檢結(jié)果將會(huì)失效。

便攜式光學(xué)CMM可以完美解決復(fù)合材料制造過(guò)程中的這些挑戰(zhàn)。事實(shí)上，這也是唯一符合現(xiàn)實(shí)工業(yè)環(huán)境特定質(zhì)檢要求的3D測(cè)量系統(tǒng)。除了便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)外，光學(xué)計(jì)量的測(cè)量精度不受環(huán)境不穩(wěn)定因素的影響。因此，光學(xué)CMM無(wú)需固定的測(cè)量設(shè)置，而且測(cè)量范圍相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)便攜式CMM更為更廣，甚至可以在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行擴(kuò)展。

接觸式和非接觸式測(cè)量的完美組合

便攜式CMM可以輕松集成檢測(cè)(接觸式測(cè)量)和3D掃描(非接觸式測(cè)量)功能，從而將兩者的優(yōu)勢(shì)集于一身。當(dāng)僅需執(zhí)行夾具調(diào)整、關(guān)鍵特征檢測(cè)等特定測(cè)量時(shí)，可以發(fā)揮檢測(cè)功能操作易、速度快的優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)需要執(zhí)行完整零部件檢測(cè)(FAI、PPAP、變形分析等)時(shí)，則可以利用3D掃描儀產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量。

圖1 動(dòng)態(tài)參考

圖2 可擴(kuò)展的測(cè)量范圍

動(dòng)態(tài)參考

振動(dòng)是生產(chǎn)車間中的普遍現(xiàn)象。振動(dòng)可能來(lái)自附近的公路和鐵路、生產(chǎn)和裝運(yùn)設(shè)備以及操作人員的操作。質(zhì)量控制設(shè)備具有微米級(jí)的精度，因此如果不使用光學(xué)CMM，這些振動(dòng)勢(shì)必對(duì)測(cè)量系統(tǒng)造成影響。光學(xué)計(jì)量系統(tǒng)由光學(xué)跟蹤器和反射靶組成，可通過(guò)對(duì)被測(cè)零部件和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行同步光學(xué)跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)參考。光學(xué)反射靶用于創(chuàng)建一個(gè)鎖定到零部件本身的參考系統(tǒng)，以消除物體在檢測(cè)和掃描過(guò)程中移動(dòng)所造成的影響。這樣，無(wú)論環(huán)境是否穩(wěn)定、用戶經(jīng)驗(yàn)水平如何、測(cè)量設(shè)置是否固定，測(cè)量系統(tǒng)都能保持始終不變的精度等級(jí)。

可擴(kuò)展的測(cè)量范圍

傳統(tǒng)CMM的測(cè)量區(qū)域因機(jī)械設(shè)計(jì)的局限性而限定在工作臺(tái)上，測(cè)量臂的測(cè)量范圍則受到最大可到達(dá)點(diǎn)的限制。而便攜式光學(xué)CMM的測(cè)量范圍可以進(jìn)行擴(kuò)展，并且無(wú)需進(jìn)行額外的對(duì)齊或操作。只要光學(xué)跟蹤器鎖定目標(biāo)，即可移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有能夠輕松、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的靈活測(cè)量范圍，可確保始終如一的精度，也無(wú)需采用任何傳統(tǒng)的蛙跳法，非常適用于零部件需要經(jīng)常移動(dòng)的大型復(fù)合材料零部件生產(chǎn)環(huán)境，為操作人員帶來(lái)極大方便。最后，無(wú)線測(cè)頭可由操作人員自由操縱，不與多關(guān)節(jié)臂、三角架或夾具相連，方便相關(guān)人員在生產(chǎn)過(guò)程的各道工序進(jìn)行質(zhì)量控制。

結(jié)果

綜上所述，光學(xué)計(jì)量可以簡(jiǎn)化復(fù)合材料零部件的測(cè)量和質(zhì)檢工作。這項(xiàng)便攜技術(shù)可以在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)階段全面提升測(cè)量的效率與可靠性，優(yōu)化質(zhì)量控制效果。借助這項(xiàng)技術(shù)，操作人員可以在生產(chǎn)車間直接進(jìn)行零部件測(cè)量并且不受測(cè)量范圍的限制，并減少對(duì)齊和相關(guān)操作，從而降低誤差累積、減輕質(zhì)量控制操作人員的壓力、減少CMM瓶頸，最終提高生產(chǎn)效率。

借助光學(xué)計(jì)量，制造商可以提供更加完善的書(shū)面檢測(cè)報(bào)告，從而促進(jìn)和加快客戶的驗(yàn)證和審批過(guò)程。此外，引入光學(xué)便攜式CMM后，可以將固定式CMM解放出來(lái)，用于進(jìn)行更高精度的測(cè)量工作，從而避免傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備會(huì)出現(xiàn)的工作負(fù)荷瓶頸。

光學(xué)便攜式CMM滿足了復(fù)合材料制造的特定需求，將改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的每道工序，提升優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率與速度。