成功案例

通用汽车公司节省了40%的生产和测针系统设计时间

坐落于美国密歇根州Pontiac的通用汽车公司发动机铸造与变速器研发中心已经成功使用蔡司三坐标测量机检测部件有许多年了,并且一直都在寻求一种能够使用在三坐标测量机上、加快设计以及全球化生产自定义测针,

所有的角度块都有蔡司的零件号,并且都标识着他们的特性便于轻松记录。

以此来满足在北美地区新项目的需求。在使用了蔡司的Stylus System Creator和新的ThermoFit Pro系统后,通用汽车公司进入了使用灵活的探针系统以及探针模拟的新时代。

众所周知,多年来,脱机质量检测编程已经成为众所周知的改进生产流程的方法。该方法极大地解放了测量机,并且由于使用了指定的脱机工作站,从而加速了编程过程。但是,用于定制测针组件的设计和制造仍然耗费很多时间。它需要为许多新组件进行CAD建模。同时这些定制的测针组件需要CAD工程师的参与,并且需要大量因临时变更而耗费的时间。此外,相关过程也很难被记录下来,并经常导致交货期很长。

通用汽车铸造发动机和变速箱中心的三坐标测量和检具工程小组是一个拥有10名程序员和工程师的中心团队,主要负责支持所有在北美的质量检测实验室完成GM下一代的4缸、V8发动机的开发。已有150台左右的蔡司三坐标测量机服务于该项目,几乎都是ACCURA与PRISMO,分别坐落在美国、墨西哥和加拿大不同地区的生产工厂。这个团队为新项目设计三坐标测量机测针组件,并编写测量程序,同时对所有地区测针部件的重复使用率进行更多的控制,降低测针组件的设计和制造时间,在产品需求发生变化时可以简单快速地修改测针组件。

SSC中的探针设计系统就像搭积木一样容易。

蔡司3D Automation属于蔡司工业测量部,其工作人员在2010年第一次参观了通用汽车公司铸造发动机和变速箱中心,并为他们介绍了带旋转连接系统的新型探针连接件。通用汽车公司对热稳定性和碳管设计非常欣赏,但一直在寻找固定的加工来源,以便对远程测量实验室进行更多的控制。如果需要更改测针配置,该公司还希望有良好的互换性。对于这下一代的项目,他们购买的是具体针对一个特定部件的生命周期进行设计。生命周期一般取决于生产线,可能是5年、10年或者更多,他们需要一种耐用的,在项目结束后仍可继续使用的测针系统。在与GM合作并测试了一些测针样品后,蔡司3D Automation在2011年完成了研发并且开启了下一代的测针系统,我们将其称之为ThermoFit Pro.

ThermoFit Pro组件不支持M5螺纹直接连接。它是通过销孔连接方式,从连接块的后方用螺纹固定。

对于这个新一代的项目,采购的三坐标测量机指定用于某个特定产品的生产周期。在与通用汽车公司合作测试测针组件的样品之后,蔡司3D Automation的开发工作也藉以完成,并在2011年推出了新一代测针组件,称为ThermoFit Pro。新的产品生产线使通用汽车公司可以使用Calypso测针模拟的最复杂的测针系统,而不需要使用CAD进行专门的定制设计。一般的角度块只需选择相应的角度值,就可以在软件中轻易地加以修改。然后使用半成品部件就可以快速加工成实际的角度块。因为半成品部件是现货,可由蔡司或者工厂的工具车间加工成最终的成品角度块。每个零件都有一个蔡司的零件编号,以便于记录和再次订购。

不再需要CAD工程师或者图纸,“我对采用ThermoFit Pro模块在Calypso模拟和Stylus System Creator中完成的开发工作印象非常深刻,” 通用汽车铸造发动机和变速箱中心的高级制造工程师Craig Wegienka说到:“我能够使用Stylus System Creator为我们的项目开发整套的连接块和探针。在Calypso中模拟每个测针配置,以验证测针的设计。模拟结果证明,所有的测针都准确无误。”

Stylus System Creator的测针库包含超过1,200种不同的测针、加长杆和连接件,再加上辅助工具,可以创建各种定制测针组件。借助不同尺寸的立方块和连接件,最复杂的系统也可以很快地设计和构造出来。ThermoFit Pro模块使用插入式连接,而不是螺纹连接,当更换磨损的测针时,可以避免角度扭曲。甚至测针系统的整个分组合也可以互换,而无需调整角度。通用汽车公司拥有约13套ThermoFit Pro专业工具,每套大约有15种不同的配置。 “所有这些选件的使用非常方便,帮助我们降低了约40%的测针设计和制造时间” Wegienka这样描述:“它不仅节约了时间,还节省了大量资金,因为当测针需要更换时我们不必丢弃测针组件。”

由于员工的技能水平或零备件供应能力的参差不齐都会导致生产延误,因此对于通用汽车公司来说,无论部件是在班加罗尔工厂,还是在上海、底特律或圣保罗工厂进行生产,如何保证产品具有相同的质量以及重复生产能力都是一个很大的挑战。同时产品设计的变更会导致程序和测针组件的修改以及文档变更。

使用ThermoFit Pro来减少需要CAD工程设计的特殊组件。

此外,产品设计的变化需要程序与测针系统设置随着文件变化同时进行。通用汽车公司现在可以依靠ThermoFit Pro模组和CALYPSO Stylus System Creator,使质量控制程序逐步实现全球化,同时极大地减少了产品的发布时间,也能快速适应任何产品的更新换代。

Carl Zeiss Industrial Metrology, LLC
Contact: +001 (763) 744-2409
6250 Sycamore Lane
Minneapolis, MN 55369
USA

点击此处转跳美国知名杂志《Quality Magazine》的在线文章。
















CeramTec在14台三坐标测量机上使用了蔡司钻石测针

钻石测针是生产经理的最佳选择

By Norbert Schmidt

谁曾想过:测量探针正遭受损坏。即使MMC的接触测量已经非常敏感,但是红宝石球在扫描平面时滚压或者受到损伤,或者当扫描内外半径时材料的吸附,都会导致测量不再精确。只有一个办法,就是扔了它。但是那会非常的昂贵。为此,CeramTec从2007年夏天就已经开始使用钻石球测量探针,再使用了一年后没有出现任何的损伤。

“我们目前正在所有的MMC(共14台)上安装钻石球探针”,CeramTec AG医用技术部门的生产经理Dipl.Ing(BA)Uwe Kemmer说道,他以后将只会使用钻石测量探头,“但仅仅是它能够使用的地方”这意味着我们必须史探头更多样。蔡司3D Automation GmbH 经理、同时也是测量探头的供应商的Dr.Ing.Frank Richter认为,“在测量打磨后表面时,红宝石球探针几乎不会产生磨损,能够使设备服役更久。”

Dipl.-Ing(BA) Uwe Kemmer(右) CeramTec公司Medical Technology的生产经理 AG and Dr.-Ing.Frank Richter (左) 蔡司3D Automation GmbH经理 负责钻石测针与附件

Uwe Kemmer's的同事正在做的是,使用一个红宝石球探针来测量打磨后的球体和嵌入纤维关键部件的陶瓷制碟状物。但是这个关节球在按压和烧结后的表面无法被机器加工——用来嵌入钛材料的端面与内部的锥形孔被锁定在中间。嵌入盘仅仅被打磨了内部,它的底面和外形都没有;然而他们提供了底面参数,在某些程度上是陶瓷零件的基准线。因此,测量他们是非常重要的。但是即使这些表面永肉眼观察已经十分光泽,但是在许多地方依然很粗糙。“表面保持一致”,Uwe Kemmer解释了他的测量问题,“对我们来说,每周更换一次到两次红宝石探针是必须的。”

替换就意味着扔掉。探针上的红宝石球都有非常高的损耗以至于已经不能再被用来记录测量。然后,陶瓷关节组件需要被100%的精确测量,并且每一个部件的测量值通过序列号能够被追踪,甚至过了许多年。我们可以做什么?Uwe Kemmer认为,“我们得不断的检查探针球的受损情况,并且不断的替换他们。”他不能理解机器部件从一个投资项目成为了一个损耗项目。每一台 MMC每年都需要购买或更换将近70个探针。一个探针将会耗费30欧元,也就是2100欧元每年——乘以14,因为那是Kemmer需要负责的测量机械的数量。

正在使用钻石测针测量关节假肢插片轮廓

“这个问题我们的其他客户过去也向我们反映过”,Dr.-Ing.Frank Richter解释了开发更耐用探针的动机,“红宝石球在遇到坚硬物体时经常损坏,或者一些软材料会吸附在探针上影响精度。”在任何情况下,他们都不能再服役,并且只能把它扔掉因为吸附层不能被移除。蔡司3D Automation的开发者很快在数据中发现,这些测量物体的表面结构式固定的。“我们观察到,测量平整表面时的损伤将会使红宝石球被磨平”,Dr.Richter回忆起调查的结果,“当测量软表面时主要是材料吸附。”我们也能够判断,这种损耗是点测量无法发现的。我们认为这一问题的原因是扫描,当探头在表面上引导并且滑动时容易损坏,例如齿轮箱或部件的内外半径。

对于许多用户,包含Uwe Kemmer,点测量不是解决方案。“因为我们不能得到关于整个表面的信息”,他解释道。在提高点密度情况下,测量将会花费太多时间,对于公司来说这并不划算。蔡司3D Automation的开发者不得不寻找一个合适的测量球,足够坚硬以至于当扫描坚硬粗糙材料时免遭损坏,并且材料将不会吸附。“起初,我们使用氮化硅进行测试”Dr.Richter描述了不同方式测试的结果,“但是成本增加了30%,而我们的改进只提高了10%至15%。”

用来合成关节零件的由陶瓷制成的球头轴和插片,有时也需要使用钻石测针进行测量。

只有当供应商的工业用钻石能够制成球型,这一目标才能看到曙光。即使球的中心是实际测量点,要成为100%球体的形状偏差是非常小的,需要尽可能的和理想尺寸接近。但是工业钻石生产商很快就听到了成功的喜讯,所有在蔡司的测试都获得了杰出的成果。当Uwe Kemmer看到了蔡司的钻石探针出现在Control 2007,他立即下了订单,因为他相信Dr.Richter的团队已经找到了最好的解决方案。

在一年的使用后,钻石探针不负众望,现在已经可以在市场上找到“Diamond!Scan”,甚至能够从蔡司网店购买。“我们已经在14台MMC上使用了钻石探针”,Uwe Kemmer提供了一份中期汇报,“在这段时间内,我们还没有替换过任何一个钻石探针。”对于CeramTec来说,这意味着再也不需要每年每台机器使用超过70个探头,现在只需要一个就够了。我们目前还不能提供一个最终的评估,因为我们尚且不知钻石探针究竟能够服役多少年。可能它还能再服务一年?“测试使用的平栅电子显微镜证明了探头确实没有一丝损坏,”Dr.Ing.Frank Richter对于测试结果非常的兴奋。

在测量陶瓷零件的表面后,红宝石测针表面严重磨损。

对于Uwe Kemmer和CeramTec来说,虽然在钻石测针方面的投资非常巨大,甚至是红宝石测针的3000%,但是仍超过成本许多倍。甚至只要简单比较一下两者的投资就可以发现,比起2100欧元(70只红宝石测针每支30欧元),1000欧元的钻石测针就能胜出。这使得偿还期限小于6个月。“这并不包括测试花费或者红宝石测针的更换以及三坐标测量机的停机费用”,Uwe Kemmer指出了在利润计算方面的错误,“把这个全部加起来在60欧元左右”。这意味着每次计算的时候应加上额外的4200欧元,这样钻石测针的摊还期将缩短到2个月。

这意味着,对于Uwe Kemmer来说,测针已经回到了对于机器的一种投资。“但是我们的钻石测针只能够在极端的测量环境下与红宝石测针竞争”,Dr.Richter描述了不同规格的使用范围,“当遇到高损耗或者材料吸附时就会影响测量结果的准确性”。并且他怀疑国内许多用户都更愿意扫描,但是限于表面粗糙,都不愿意冒着损坏的风险,只是用来进行点测量。在许多领域的应用中,蔡司都会为“Diamond!Scan”承诺高质量和一个灿烂的未来。

图中曲线清晰的显示了与钻石测针相比,红宝石测针测量显得并不精确。

陶瓷工艺专家

CeramTec AG的医学技术部门是全球领先的关节假肢陶瓷部件制造商。球头轴、插片以及特殊解决方案都是内部置管制造商的业务范围。将近80%的关节假肢陶瓷植入物都是来自于CeramTec。迄今为止,将近440万球头轴和90万的插件由BIOLOX制造,陶瓷植入被世界广泛接受。CeramTec在这一领域已经拥有超过35年的综合经验,并且成为了这一技术的领军人。由BIOLOX材料制成的陶瓷组件其出色的性能是由于独特的材料组合、精密的制造技术和对于所有制造组件的100%质量控制。为此,他们使用了14台来自蔡司工业测量的PRISMO三坐标测量机,每年测量用来组装关节假肢的45万只球头轴以及23万只插片。

快如闪电的业界全才

PRISMO navigator是一台基于多传感器综合测量概念的高精度三坐标测量机,它着重考虑了多功能测量的需要。PRISMO是世界上最为优秀的可以在生产中实现高速扫描的三坐标测量机。精确、动态以及杰出的环境耐性是这一台测量器的标志。这台机器在ISC控制系统的帮助下,能够允许产品之间更为紧凑、提供一个高标准的可靠度以及优化的调控。可用于多点测量和单点测量的VAST探头已经在PRISMO navigator中投入使用,可同时灵活应对各种测量任务。它加快了在单个测量进程中,对于面积、形状以及位置的判断速度。使用VAST navigator减少了绝对最小值的测量时间。

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