拓展產(chǎn)業(yè)計量服務(wù)助力企業(yè)智能制造

程華燁 葉青 簡蕤潔

摘要：本文針對某大型商用中央空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)在對換熱翅片開窗角度這一關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量時所面臨的測量技術(shù)問題進(jìn)行了全面的討論，并且從實際出發(fā)，進(jìn)一步拓展該產(chǎn)業(yè)計量服務(wù)的方式，為企業(yè)提供了可行的測量方案。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)計量;服務(wù);企業(yè);智能制造

根據(jù)國家規(guī)劃，制造技術(shù)在不斷向前發(fā)展的過程當(dāng)中變得愈加精細(xì)化，產(chǎn)品質(zhì)量不斷向著中高端邁進(jìn)，各大企業(yè)不斷推進(jìn)智能制造。在這一發(fā)展過程中，傳統(tǒng)生產(chǎn)線上的測量手段依然無法滿足智能制造對測量工作的需求。傳統(tǒng)計量服務(wù)急需得到進(jìn)行進(jìn)一步延伸，并且將其應(yīng)用于技術(shù)咨詢、方案設(shè)計等工作當(dāng)中。助力企業(yè)更早實現(xiàn)智能制造，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.需求識別與分析

1.1測量對象分析

在空調(diào)、家電等行業(yè)當(dāng)中，翅片式熱交換器是最為常見的一類換熱設(shè)備。在普通的機(jī)管上加裝翅片來使傳熱工作能夠更加順利地進(jìn)行下去。翅片由于在工作的需求，在實際制造中要保障其有很大的傳熱系數(shù)。為此，翅片表面結(jié)構(gòu)以及安裝的實際距離都會對其換熱性能造成一定程度的影響。對于給定設(shè)計結(jié)構(gòu)的換熱翅片，相應(yīng)的開窗角度便隨之確定。

通過數(shù)值仿真不難發(fā)現(xiàn)。特定結(jié)構(gòu)的翅片存在著最佳開窗角度，通過該開窗角度可以保障換熱器擁有最佳換熱性能。

1.2技術(shù)難點分析

由于換熱翅片表面結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，同時開窗尺寸小，在測量中很容易發(fā)生塑性變形。因此常規(guī)的接觸式測量方法無法對開窗角度進(jìn)行有效測量，當(dāng)前國內(nèi)主要采用固化測量方式對其進(jìn)行測量。然而該方法在應(yīng)用中屬于破壞式測量，尤其是在制備樣品時很容易使翅片發(fā)生二次變形，從而加大測量誤差。為了解決上述問題，擬采用非接觸式測量方案對其開窗角度進(jìn)行快速測量，同步傳輸?shù)組ES系統(tǒng)，使智能制造的需求得到滿足。為了保障測量精度，應(yīng)該使開窗角度的測量誤差控制在±0.5°以內(nèi)。

2.測量方案及系統(tǒng)研發(fā)

2.1測量原理及核心算法

通過對翅片全面的研究之后，最終發(fā)現(xiàn)基于激光輪廓測量技術(shù)的非接觸測量方案非常適合對其開窗角度進(jìn)行測量，測量原理如圖1所示。為了方便測量工作的進(jìn)行，為測量輪廓激光輪廓傳感器配備有激光器、會聚透鏡、接收透鏡以及探測器。當(dāng)光源發(fā)射出的激光經(jīng)過會聚透鏡后將會聚集成大約15毫米長的線激光，垂直入射到被測面片表面，然后反射光將會在接收透鏡CCD探測器上成像。通過測量反射光點的位移，就可測算出翅片上對應(yīng)測量點的高度，進(jìn)而得到被測片的表面輪廓。為了減少激光輪廓傳感器的測量誤差，還需要應(yīng)用一些專業(yè)的智能化測量算法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

第一，利用格拉布斯法對一些較大的誤差值進(jìn)行有效剔除，并且對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。

第二，利用特征自適應(yīng)算法自動識別需要測量的特征區(qū)域。

第三，利用最小二乘法對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的線性擬合，尋找自動尋找構(gòu)成開窗角度的兩條直線并對其夾角進(jìn)行計算。

2.2測量系統(tǒng)研發(fā)

基于以上測量原理最終研發(fā)了測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中有以下幾個方面的特點：

首先，通過激光非接觸測量技術(shù)的合理利用，可以快速的對散熱器片的開窗角度進(jìn)行有效測量，并且不會對翅片造成破壞。

第二，該系統(tǒng)可以自動尋找最佳測量區(qū)域。在對翅片進(jìn)行測量時，工作人員只需將樣品簡單的安裝在測量平臺上即可，系統(tǒng)會自動對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效測量。

第三，該系統(tǒng)可以對測得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析?？梢园凑諏嶋H篩選條件對歷史測量數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇并且將最終數(shù)據(jù)上傳到MES系統(tǒng)當(dāng)中。

2.3量值溯源方案設(shè)計

為了使測量最終結(jié)果可以溯源，并且對測量準(zhǔn)確度進(jìn)行有效判定。以模具鋼材料根據(jù)翅片設(shè)計圖紙定制了具有相同外形以及尺寸的標(biāo)準(zhǔn)塊與該系統(tǒng)進(jìn)行配套使用。利用系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)塊的開窗角度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并且將其作為后續(xù)測量工作的參考值。和系統(tǒng)測量值進(jìn)行有效對比，最終結(jié)果表明利用該系統(tǒng)得到的數(shù)值測量誤差不超過±0.5°，滿足實驗要求。

3.服務(wù)成效

該系統(tǒng)完成之后企業(yè)隨機(jī)使用該系統(tǒng)對某個沖壓機(jī)的72列翅片樣品進(jìn)行測量，最終發(fā)現(xiàn)其中5列存在沖壓缺陷。該系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)反饋到加工環(huán)節(jié)，經(jīng)現(xiàn)場工作人員檢查后發(fā)現(xiàn)是由于沖壓機(jī)對應(yīng)工位上的沖壓刀具出現(xiàn)由于經(jīng)過長期使用產(chǎn)生了一定的磨損而導(dǎo)致的。生產(chǎn)人員及時對沖壓刀具進(jìn)行更換，有效地避免了這些存在問題的翅片流入到下一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

4.結(jié)束語

本文從企業(yè)的實際需求出發(fā)，全面解決了企業(yè)在實際生產(chǎn)制造中遇到的一系列測量技術(shù)難題。使得企業(yè)能夠更加快速準(zhǔn)確地對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行有效測量，從而最終使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效提升。

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