最近，測量攻城獅持續(xù)收到關(guān)于影像測量儀器（以下簡稱OMM）能否實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)檢測的咨詢與研討，這是一個(gè)困擾測量界多年的難題，也是眾多OMM廠家亟待解決的問題。使用底光源自動(dòng)檢測通孔尺寸，使用表面光源自動(dòng)檢測盲孔或表面特征尺寸，部分表面特征不明顯需要同軸光源輔助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測。平面度、高度尺寸使用鏡頭自動(dòng)對焦或使用鐳射激光自動(dòng)檢測。經(jīng)過以上光源搭配依然無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測（比如表面為黑色的產(chǎn)品），可能需要增加升降燈輔助側(cè)光源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量，側(cè)孔尺寸使用接觸式探頭星型測針自動(dòng)測量，也就是現(xiàn)在市面上的復(fù)合式多功能OMM。但是，當(dāng)我們把測量程序光源調(diào)整到理想狀態(tài)后，針對不同批次的產(chǎn)品，其表面光亮度有輕微的明暗差異，導(dǎo)致有的產(chǎn)品曝光過度無法準(zhǔn)確抓取到輪廓邊緣，或者光源不足導(dǎo)致抓錯(cuò)邊緣，特別是有多條明暗相似的邊緣，問題尤為突出。
另外，還有一種狀態(tài)就是，當(dāng)我們使用編程的樣品是CNC新刀具加工獲得的，產(chǎn)品的臺階面之間的R角都非常小，被測邊線特征非常明顯，我們編程設(shè)置為自動(dòng)抓取測量，但隨著刀具的磨損，CNC加工的產(chǎn)品臺階面之間的R角越來越大，導(dǎo)致特征模糊甚至消失，這個(gè)時(shí)候自動(dòng)程序就無法準(zhǔn)確測量了。以上這些產(chǎn)品特點(diǎn)是基于實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變異的，其帶來的測量不穩(wěn)定性，是所有資深測量應(yīng)用行家都非常頭疼的問題，他們常常需要緊急更新修改程序光源和對焦高度作為臨時(shí)解決措施。由此我們可以總結(jié)得出動(dòng)態(tài)變異的定義：加工設(shè)備在不改變參數(shù)、配件的前提下正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品，隨著加工件數(shù)的增多所產(chǎn)生的配件磨損而導(dǎo)致的產(chǎn)品呈現(xiàn)相同趨勢的變異。動(dòng)態(tài)變異我們是無法避免的，但是我們可以利用其加工工藝特點(diǎn)，加以運(yùn)用，可以讓模具壽命更長、生產(chǎn)出更多合格的產(chǎn)品。比如我們以沖孔φ1.0±0.05為例，我們知道，隨著沖頭的磨損，沖出的孔會(huì)越來越小，并且容易產(chǎn)生卷邊倒向毛刺，那么我們在設(shè)計(jì)沖頭的時(shí)候，我們可以依據(jù)趨勢有意識的把沖頭往上公差設(shè)計(jì)，比如我們通過CAE模擬驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)沖頭磨損到φ0.98時(shí)，開始出現(xiàn)輕微的卷邊毛刺，這個(gè)時(shí)候，如果我們設(shè)計(jì)是以標(biāo)準(zhǔn)的φ1.0設(shè)計(jì)沖頭，那么我們只有0.02的磨損余量，假設(shè)這個(gè)磨損過程能產(chǎn)出20K良品，如果我們把沖頭設(shè)計(jì)成φ1.01，那么我們就很有把握產(chǎn)出30K的良品了。這無形中節(jié)約了模具成本并提高了產(chǎn)能。但是我們不能無限的往上公差設(shè)計(jì)，比如我們能否直接設(shè)計(jì)到φ1.05呢？答案是否定的，因?yàn)槲覀冞€要考慮模具加工的精度及沖床能滿足的重復(fù)精度，還要考慮噸位、氣壓、排廢等等參數(shù)及機(jī)構(gòu)之間的配合，因此，我們在設(shè)計(jì)階段必須要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌堰@些經(jīng)驗(yàn)值附加條件考慮透徹，比如我們可以通過SPC數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析找出數(shù)據(jù)波動(dòng)的規(guī)律再設(shè)計(jì)合理的沖頭直徑。如下圖案例，手機(jī)中框內(nèi)腔臺階平面高度僅0.30±0.03，實(shí)際產(chǎn)品形成的圓弧R平滑過渡形狀，無論是接觸式CMM還是非接觸式OMM都無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取特征，站在非標(biāo)自動(dòng)化的立場思考，我們可以通過線掃線激光或結(jié)構(gòu)光掃描實(shí)現(xiàn)，即是把其當(dāng)成曲面輪廓度評價(jià)，但是現(xiàn)在要面對多款相似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，而且這些產(chǎn)品的市場生命周期比較短暫，比如當(dāng)前國產(chǎn)手機(jī)市場一樣，型號款式每年甚至每半年就更新迭代，因此，如果每一款機(jī)型都開發(fā)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備，設(shè)備調(diào)試、相關(guān)性比對的時(shí)效性無法跟上產(chǎn)品的迭代速度，造成設(shè)備閑置的成本浪費(fèi)，升級改造需要更改結(jié)構(gòu)及重新調(diào)試，現(xiàn)實(shí)意義不大。
又如下圖這種手機(jī)中框內(nèi)腔長寬尺寸，隨著CNC刀具的磨損，被測特征形成了動(dòng)態(tài)變異的過程，這對OMM光源提出了極大的挑戰(zhàn)，迫切需要開發(fā)智能化記憶光源的功能，測量攻城獅正在異想天開這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。
基于當(dāng)前行業(yè)技術(shù)斷層嚴(yán)重，人才難招，設(shè)備操作員需求量大的特點(diǎn)，菜鳥越來越多，資深編程工程師變得越來越稀缺，工作壓力越來越大，于是常常出現(xiàn)技不如人薪資超人的奇怪現(xiàn)象，薪資市場被嚴(yán)重?cái)_亂，形成了依靠碰運(yùn)氣的惡性循環(huán)就業(yè)環(huán)境，違背了制造業(yè)本應(yīng)是以技術(shù)興邦的務(wù)實(shí)根本。下面舉例一個(gè)最近工程品管咨詢的動(dòng)態(tài)變異案例，旨在指正當(dāng)前很多測量技術(shù)員的錯(cuò)誤編程習(xí)慣。
問題：“如上圖，為什么重復(fù)跑三次測量程序，距離尺寸、真圓度、位置度最大偏差達(dá)到0.02？”測量攻城獅：“首先要排除掉儀器的精度問題，儀器要在校準(zhǔn)有效期內(nèi)。”工程品管：“儀器有使用100的標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)校準(zhǔn)過，精度沒有問題。”測量攻城獅：“不能單純的只看100量程的精度，需要在機(jī)械坐標(biāo)系下驗(yàn)證儀器80%以上量程的重復(fù)精度，比如全自動(dòng)重復(fù)測量對角線性距離20次以上看極差。”工程品管：“產(chǎn)品比較小，儀器精度確認(rèn)過不會(huì)有問題的。”測量攻城獅：“好，我們姑且默認(rèn)儀器精度是OK的。從圖示看，該產(chǎn)品是CNC精加工產(chǎn)品，公差比較嚴(yán)格，出現(xiàn)0.02的重復(fù)偏差，極有可能是編程不規(guī)范造成。”工程品管：“這個(gè)程序我們確認(rèn)過的，應(yīng)該不會(huì)有問題。”測量攻城獅：“那我需要了解一下，在編程過程中這個(gè)基準(zhǔn)有沒有進(jìn)行二次定點(diǎn)建立精基準(zhǔn)？”測量攻城獅：“如果沒有，那基本可以鎖定是基準(zhǔn)建立問題，在手動(dòng)建立引導(dǎo)基準(zhǔn)后，比如按照如下圖示，分別在B和C基準(zhǔn)線上各取兩點(diǎn)構(gòu)造成線，然后令這兩條線相交得到交點(diǎn)，再將交點(diǎn)設(shè)置為原點(diǎn)，B或C線設(shè)置為補(bǔ)正的基準(zhǔn)軸線。因?yàn)橐鼍鶞?zhǔn)，所以不要用D基準(zhǔn)圓心做原點(diǎn)。”
工程品管：“你這樣說，我想起來了，好似真的是編程問題，沒有做精基準(zhǔn)。”測量攻城獅：“由于產(chǎn)品比較小，并且隨著CNC刀具磨損，存在拔模角倒角的動(dòng)態(tài)變異情況，因此建議把測量倍率放大到100X附近，然后以兩線交點(diǎn)為原點(diǎn)，分別偏移固定的坐標(biāo)定點(diǎn)測量，比如相對于測量B基準(zhǔn)線，我們鎖定Y坐標(biāo)，分別偏移X=-3.0和X=-7.0在大倍率下定X坐標(biāo)獲得準(zhǔn)確的兩點(diǎn)再構(gòu)成基準(zhǔn)線，同理，相對于測量C基準(zhǔn)線，我們鎖定X坐標(biāo)，分別偏移Y=-3.0和Y=-7.0獲得C基準(zhǔn)線，然后再重新構(gòu)建這兩線的交點(diǎn)作為新的原點(diǎn)，再重新選取最后構(gòu)建的B或C線作為基準(zhǔn)軸線，基準(zhǔn)建立完成后，再開始測試圖面上的其他尺寸，這樣誤差就可以控制在0.003附近了。在測量表面特征時(shí)，建議都在100X倍率附近測量，因?yàn)楸堵侍y量誤差會(huì)增大。”
工程品管：“好的，我讓我們技術(shù)員按照這個(gè)方法修改一下程序驗(yàn)證一下。”測量攻城獅：“在測量拔模角的特征時(shí)，要考慮裝配原則，盡量測底部，當(dāng)?shù)撞縍過大無法找到清晰的輪廓邊線時(shí)，最好測中間位置，避免測表面，除非拔模角很小，接近于垂直狀態(tài)，并且輪廓邊線清晰可見。”通過以上案例，我們似乎無法繞開動(dòng)態(tài)變異的魔咒，參照下圖邏輯，測量攻城獅建議如下：1.在設(shè)計(jì)階段，確定Max Gap允許的最大懸空高度，同時(shí)要考慮接觸面雙方的平面度公差；2.運(yùn)用MMC邏輯，通過公差分析，找出符合Max Gap 狀態(tài)時(shí)Min A 和Max A的公差范圍；3.找出滿足Max Gap時(shí)R角的半徑，計(jì)算R半徑邊沿到理論直角頂尖的最大距離Max B，定義成輪廓度公差為2*Max B;4.依據(jù)設(shè)計(jì)、加工和測量等過程變差，達(dá)到Cpk所需的公差范圍，建議收30%余量。5.是否需要建議改成輪廓度管控，要評估兩臺階面之間的高度是否足夠高，比如H>1.0，有足夠不被R角覆蓋的垂直空間，有利于使用OMM投影到清晰的輪廓邊或便于CMM探測。
真正意義上的全自動(dòng)OMM，應(yīng)該是這樣：用機(jī)械手替代人力，所有尺寸特征都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)確抓取測量，能夠自動(dòng)區(qū)分良品和不良品甚至不同規(guī)格范圍的分BIN產(chǎn)品，滿足于制造業(yè)95%以上通用零件需求。2021年6月份，測量攻城獅和行業(yè)幾位資深的應(yīng)用專家以及半導(dǎo)體芯片行業(yè)的軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)專家進(jìn)行了長達(dá)4小時(shí)的細(xì)節(jié)研討，最終得出的結(jié)論是：在現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)保守比例為1:5，通過提速可實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)比例1:10，也就是全自動(dòng)測量的過渡方案，此方案需要從軟硬件雙向開發(fā)升級改造。2021年12月，某CNC加工代工企業(yè)接到大訂單，產(chǎn)品需要全檢出貨，單件產(chǎn)品尺寸數(shù)達(dá)100個(gè)，自動(dòng)化方案無法很好解決，短時(shí)間內(nèi)需要200臺OMM及400名設(shè)備操作人員。該企業(yè)為了節(jié)約成本，OMM采用了向六七家設(shè)備供應(yīng)商租賃的方式解決，人力從普通工人中挑選，測量程序由設(shè)備租賃廠商協(xié)助完成，此方式短時(shí)間內(nèi)比如半年內(nèi)是可取的，如果是長期租賃則成本不降反增。因?yàn)樽赓U的設(shè)備大部分是頻繁搬遷的二手、老舊設(shè)備，存在各種維修更換配件的不穩(wěn)定因素。而且人員流動(dòng)性大，誤測概率高。為此該企業(yè)老板向測量攻城獅尋求解決方案，初步方案預(yù)估利用一年的租賃成本購買50臺定制設(shè)備，效率提升4倍，人員壓縮到1/4，此方案一旦實(shí)施，預(yù)估首年可節(jié)約人力成本1000萬，次年節(jié)約設(shè)備租賃成本及人力成本2200萬。該方案符合企業(yè)省下來就是利潤的經(jīng)營理念。在追求高效自動(dòng)化檢測的道路上，需要你我的共同努力與創(chuàng)新。
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