原创：高精度大跨距工件车间现场智能数字化检测案例分析

南巡不讲话 · 发表于 2012-12-13 10:10:59

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（三×集团专用检测设备的方案说明）
随着中国制造业的迅猛发展，特别是随着产业升级的形势，重型装备制造、航空航天、轨道交通、工程机械等各个领域都出现了大量创新型的企业和开创性的产品，而这些产品的制造都有“高精密、大块头、高智能”的特点。
但是，与中国装备制造迅猛发展形成鲜明对比的是中国计量检测行业却没有跟上前进的步伐，特别是在“高精密、大跨距、复杂环境”等方面没有相对成熟的技术。为了跟上中国产业升级和装备制造的步伐，推动中国计量检测产业向更高层次发展，我好域安科技在“高精密、大跨距、复杂环境”检测技术研究方面先行一步，进行了大量的研究工作，有了相对成熟的技术积累和工程实践。
下面，我们以三×集团的“高精度大跨距车间现场检测”需求为例，展开相关技术的研究和探讨。

南巡不讲话 · 发表于 2012-12-17 11:00:45

本帖最后由南巡不讲话于 2012-12-17 11:09 编辑

高精度大跨距工件车间现场智能数字化检测案例分析
（三X集团专用检测设备的方案说明）
随着中国制造业的迅猛发展，特别是随着产业升级的形势，重型装备制造、航空航天、轨道交通、工程机械等各个领域都出现了大量创新型的企业和开创性的产品，而这些产品的制造都有“高精密、大块头、高智能”的特点。
但是，与中国装备制造迅猛发展形成鲜明对比的是中国计量检测行业却没有跟上前进的步伐，特别是在“高精密、大跨距、复杂环境”等方面没有相对成熟的技术。为了跟上中国产业升级和装备制造的步伐，推动中国计量检测产业向更高层次发展，我好域安科技在“高精密、大跨距、复杂环境”检测技术研究方面先行一步，进行了大量的研究工作，有了相对成熟的技术积累和工程实践。
下面，我们以三X集团的“高精度大跨距车间现场检测”需求为例，展开相关技术的研究和探讨。
一、技术要求
1.精度要求：测量精度在0.01mm；
2.使用环境：普通数控车间5-40℃；
3.功能要求：检测工件内、外径；
检测工件台阶高度尺寸。
4.所检测工件示意图：
好域安图片1.jpg

二、方案说明

目前我国对中小尺寸工件的测量技术日趋完善，研制了新方法新仪器、设备，能基本满足现代化生产的需求，但是对大尺寸工件，特别是大直径的测量技术发展缓慢，缺乏保证精度的检测仪器设备，因大直径测量是检测领域中的一个有待解决的难题，大跨距内外、外径测量，尤其是精密测量是一个世界性的难题，即便测量技术发达的欧美日国家亦是如此。在客户技术要求来看，测量的尺寸最大跨度在2.5米，并且在常温和在大型数控机床加工车间检测。为了保证检测精度，除了精密数字化检测要求高，同时还要进行实时环境变量的数据采集，进行误差补偿才能保证高精度精准检测。

2.1好域安科技研发课题组检测设备的方案说明：

该检测系统是将信息采集系统集中于一伞形骨架上，每个局部系统均可实现相关方向的运动，以实现对空间大尺寸待检测工件圆周尺寸的检测。

（1）信息采集系统：

示意图中标号4为信息采集系统，该信息采集系统采用接触式的传感器件或非接触式的传感器件。信息采集系统可以在立柱3上上下移动，以实现待检测工件的不同高度的圆周检测，同时标号3可以在导轨2上前后移动，实现待检测工件的不同圆周尺寸的检测。通过8组信息采集系统获取待检测工件圆周上不同点的数据，将数据进行相关计算，完成待检测工件圆周尺寸的测量。

好域安图片4.jpg

（2）精密机械系统：

该检测系统中，标号1、2、3为精密机械部分，该部分能够实现信息采集系统空间方位内任意位置的检测。在精密导轨2，3上配置高精密位置传感装置，以准确定位信息采集系统的空间位置，便于计算中心进行空间数据集中及精确采集、处理。

（3）避免环境影响好域安科技拟定的“智能修正及补偿系统”简介：

环境影响包括温度变化的影响、震动的影响、空气质量的影响等。而补偿方式分两部分，一部分是对单个部件的环境误差补偿，另一部分是对整个设备的检测过程的环境误差补偿。由于设备在检测过程中，不同机械构建在设备运行时温度会发生变化，同时检测过程中环境的振动系数也会发生变化，这些都会影响设备在检测过程中设备自身的检测精度。因此开发了温度误差补偿系统和环境震动感应仪器和空气质量检测仪等。温度误差补偿系统采用高精度高敏感温度感应器件、精准的测量仪和信息传导设备进行数据采集，温度变化对大跨距检测设备及部件影响最大，因此在环境补偿系统实验中温度误差补偿系统需要进行大量的反复的实验获取数据，其周期比较长，获取信息数据庞大。

整个检测设备精密机械构建使用特殊材料，机械构件采用特定的加工工艺进行加工，获取材料的性能。机械构件在组装之前要在不同的环境变量下采用声波、光波吸附与发射试验采集数据并推导实验工作，得到材料的环境误差补偿参数。

整个设备及设备中的各传感器及传输模块放置在国家级的实验室中进行不同环境变化的检测实验，大量的数据采集，经过数学及模糊数学运用及论证，材料及材料分析学，几何力学理论推导等技术进行数据处理，得到设备受环境影响的误差补偿数据曲线图和数值方程，然后再将此数学方程导入数据处理中心。

备注说明：

针对“环境影响”智能补偿技术实验与开发过程简单描述如下：

1.根据“专用大跨距数字及智能化专用检测设备”使用特定环境，采用多种测试仪器获得现场参数并模拟现场环境，如：温度四季及时段的变化模拟或推算、统计 / 震动（车间内由静音状态至所有机器满负荷工作的噪音、地表震动、常态和非常态其他声波冲击）等等将来会影响设备精度误差的数值。

2.海量的真实环境被测数据，及模拟环境数据计算、统计、导入，创建“海量数据”信息团运算处理系统中心。

3.多部超高精密环境捕捉模块与传导矩阵（智能感知部分）与“备注说明”前两条实验数据实施“软、硬”一体“合并”开发工作，并对其多次精确调试及校准。

（4）综述：

该方案仅给出该检测系统的关键检测部分，其他结构部分不做详述。

2.2 检测设备方案流程图：
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南巡不讲话 · 发表于 2012-12-17 11:11:48

本帖最后由南巡不讲话于 2012-12-17 11:19 编辑

三初步报价评估（分类/具体价格不予公布）

1.机械部分：
说明：整体支撑结构、工作台、高精密定位夹紧装置、自动加载检测部分、精密机械部分、辅助工具等及其他相关的机械部分。
2.智能修正及补偿系统：
说明：该部分是保证整个设备的测量精度的关键。该部分报价包括大量的实验经费，时间周期等。
3.控制系统及信息采集系统：
说明：该部分是整台设备的重要部件，所有动作的完成均依赖该硬件基础。该部分报价包含信号采集系统，高精密测试过程监控系统专用电子部件、特定电气部件、驱动系统、专用硬件开发及制造。
3.软件成本及开发费用：
说明：该部分是检测设备的大脑中枢，设备的所有运动指令均由该部分产生。该部分报价包含整套设备每部分软件的定向开发设计，及不同部分之间的通信及集合。
4.研发及设计费用：
说明：该部分价格包括人力成本，时间成本，不可预知风险，试验及再试验成本，返工成本等。
5.上门安装及售后调试费用：
说明：该部分报价包括技术服务方上门安装调试设备；一年内免费保修，第二、三年有限责任保修，第二、三年保修时只收取工本费；设备终身售后技术支持与服务。
6.国家权威计量检测检定机构检定费用：
说明：针对开发的设备，送第三方权威机构检测、检定的费用，该费用以实际检定费用为准，由服务方先收取一定的费用，实行多退少补的原则。届时以第三方权威机构检测及检定发票为准。

四、其他实现方案
方案设想一：本方案采用接触式/坐标测量系统对工件进行检测
原理：利用接触式传感器对待测工件上的某一个圆面上进行随机取点，因工件直径较大，为了保证检测的准确性，取点数为8~12组，在取点的同时获得各个点的三维坐标并记录下来，通过数据传导系统将各点坐标传送的计算机，软件程序的计算拟合工件的外圆并计算出工件的直径或者半径。
实现方式：如图所示

好域安图片6.jpg

图6 接触式环形测量系统

实现方式、环境影响（温度影响）、温度补偿（工件补偿、设备补偿）、补偿方式（单个零件补偿、整体补偿）

重点：精密机械设计制造、温度及环境因素的补偿解决

方案设想二：本方案采用非接触式CCD工业相机矩阵测量系统对工件进行检测

原理：利用机器视觉技术，用多部高精度、高分辨率CCD工业像机（或多矩阵高精度、高分辨率的电子显微光学部件）对工件外径部分进行拍照式测量，通过数据传导技术、计算机图形图像学等将拍摄到的工件外圆图片传输到专用计算机上，并利用开发的图形图像软件软件进行拟合、计算等数据处理，得出工件的外圆半径。

好域安图片7.jpg

南巡不讲话 · 发表于 2012-12-17 11:20:47

实现方式、环境影响（温度影响）、温度补偿（工件补偿、设备补偿）、补偿方式（单个零件补偿、整体补偿）
重点：精密机械设计制造、精密光学部件排列矩阵设计、数据获取及计算与统计并与理想标准数据比对技术、温度及环境因素的补偿解决

方案设想三：本方案采用旋转式摇臂系统对工件进行检测

好域安图片8.jpg

1.底座系统 2.自动升降系统 3.摇臂系统 4.信息采集系统 5.被检测工件

检测系统由四部分组成。如图8所示。1为底座系统，底座是支撑自动升降系统其它系统的基准平台，数据采集系统和数据处理中心等其他功能模块内置于底座系统中。2为自动升降系统。自动升降系统中内置高精度位移传感器控制摇臂系统3的升降高度。自动升降系统2和摇臂系统3连接处是可自动旋转的，通过高精度角度旋转控制器来控制摇臂系统3的旋转方向。摇臂系统尺寸比较大，通过高精度自动水平测量系统控制摇臂系统的水平度。同时摇臂系统内安装了位移传感器实时采集信息采集系统4的水平位移。信息采集系统4同样可自动升降，内置有采集系统的精密传感器件。

通过后台数据控制中心及可视化操作系统发出指令后，设备自动运行到指定的位置，数据处理中心和信息采集系统即时获取数据，将检测的数据即时传输到后台可视化操作界面，并即时分析数据，检测数据超差报警并保存数据，同时可外接打印设备。

方案设想四：摇臂接触式测量仪

本方案采用摇臂接触式数字化测量来检测大跨径尺寸。本方案以测量仪底座中心为坐标原点，测量仪根据工件的高度在竖直方向上伸长适当的距离，在竖直方向上装有非接触激光测高装置，可以检测出高度方向的伸出量。测量臂和底座相连接，上面安装一高精度导轨系统，测量臂可以在水平方向旋转和伸长。测量臂内嵌一个高精度角位移传感器和张力传感器，移动测量臂至一检测点，由高精度角位移传感器可得到测量臂的旋转角度值，张力传感器可以得到测量臂的伸出量，这些数据传输入后台控制系统，进行数据处理，就可以计算出该点的坐标值，再移动测量臂至另一检测点进行下一点的测量。至少检测出三个以上位置的坐标值，再根据这些坐标值来拟合出圆，求出圆的直径。

本方案原理简单，方式灵活，可根据客户预算不同，选择不同价格的配件进行多种精度的测量。

总结：

1.好域安科技研发人员长年从事各类特殊、专用计量检测设备及各种计量检测工具等工作；成功案例遍及中国装备制造及世界范围内众多企业中的“难、刁、怪”典型案例，方案设想大多基于可实现性、可验证性，每一次定向开发均涉及：创想与理论索引工作，理论论证工作，工程可实现性论证及实验工作，具体开发与工程实现完整过程。

2.好域安科技是一个坚定不移走创新、创造道路的企业，愿与广大的“中国制造”行业内朋友分享技术创新，科学实践的经验。因此，在2013新年来临之际特向广大的“中国制造”朋友们奉献此《案例分析》，涉及核心技术的部分因为知识产权问题做了删减与隐蔽处理。我们期待本《案例分析》能有抛砖引玉作用，也期待您的积极参与此类问题的研讨。

预祝所有“中国制造”的朋友们，新年愉快、万事如意！

此致

敬礼

好域安科技有限公司深圳部分/第二、第三课题组全体工作人员

2012年12月10日

南巡不讲话 · 发表于 2012-12-17 11:23:36

大跨距自然环境高精度几何计量检测是世界性的难题，我把附件的内容贴出来了，欢迎大家参与讨论！

a-ma · 发表于 2012-12-17 11:25:59

我觉得这么大的跨度采用非接触测量比较好，光，电或磁！

洪哥 · 发表于 2013-3-6 11:39:21

   加工件尺寸高精度测量仪在国内一直是个空白。现在仅从小企业制造它有无较大市场需求来评估一下。

有益的方面：
1）能够测量出精准的尺寸；
2）能够获得一些企业专利权；
3）配合常规测量仪的销售来开拓市场。
不利的方面：
1）产品的制造成本和销售价格会较高，产品太贵，一般的中、小企业买不起；
2）因工件越大，其外圆或内径尺寸的误差要求也越宽，高精度的测量仪几乎用不上，所以它的市场需求极小，销路窄。

   从企业经营策略方面考虑的话，建议把重点放在常规产品的制造上，放在常规产品的质量提高上比较合适。新产品的研制在小范围内进行即可。

zhoushan403 · 发表于 2013-3-6 12:55:22

目前而言大工件加工尺寸高精度设备对小民营企业是天方夜谭，其高昂的设备费用及后期维护费用让民营企业望而怯步。
去年加工一件核电行业的筒体，最后检测由甲方负责，后聊起那设备好几百万，光培训费就不下几十万。
对于中小企业而言这是天文数字。

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