拓展产业计量服务助力企业智能制造

程华烨 叶青 简蕤洁

摘要：本文针对某大型商用中央空调生产企业在对换热翅片开窗角度这一关键参数进行测量时所面临的测量技术问题进行了全面的讨论，并且从实际出发，进一步拓展该产业计量服务的方式，为企业提供了可行的测量方案。

关键词：产业计量;服务;企业;智能制造

根据国家规划，制造技术在不断向前发展的过程当中变得愈加精细化，产品质量不断向着中高端迈进，各大企业不断推进智能制造。在这一发展过程中，传统生产线上的测量手段依然无法满足智能制造对测量工作的需求。传统计量服务急需得到进行进一步延伸，并且将其应用于技术咨询、方案设计等工作当中。助力企业更早实现智能制造，为企业创造更大的经济效益。

1.需求识别与分析

1.1测量对象分析

在空调、家电等行业当中，翅片式热交换器是最为常见的一类换热设备。在普通的机管上加装翅片来使传热工作能够更加顺利地进行下去。翅片由于在工作的需求，在实际制造中要保障其有很大的传热系数。为此，翅片表面结构以及安装的实际距离都会对其换热性能造成一定程度的影响。对于给定设计结构的换热翅片，相应的开窗角度便随之确定。

通过数值仿真不难发现。特定结构的翅片存在着最佳开窗角度，通过该开窗角度可以保障换热器拥有最佳换热性能。

1.2技术难点分析

由于换热翅片表面结构相对复杂，同时开窗尺寸小，在测量中很容易发生塑性变形。因此常规的接触式测量方法无法对开窗角度进行有效测量，当前国内主要采用固化测量方式对其进行测量。然而该方法在应用中属于破坏式测量，尤其是在制备样品时很容易使翅片发生二次变形，从而加大测量误差。为了解决上述问题，拟采用非接触式测量方案对其开窗角度进行快速测量，同步传输到MES系统，使智能制造的需求得到满足。为了保障测量精度，应该使开窗角度的测量误差控制在±0.5°以内。

2.测量方案及系统研发

2.1测量原理及核心算法

通过对翅片全面的研究之后，最终发现基于激光轮廓测量技术的非接触测量方案非常适合对其开窗角度进行测量，测量原理如图1所示。为了方便测量工作的进行，为测量轮廓激光轮廓传感器配备有激光器、会聚透镜、接收透镜以及探测器。当光源发射出的激光经过会聚透镜后将会聚集成大约15毫米长的线激光，垂直入射到被测面片表面，然后反射光将会在接收透镜CCD探测器上成像。通过测量反射光点的位移，就可测算出翅片上对应测量点的高度，进而得到被测片的表面轮廓。为了减少激光轮廓传感器的测量误差，还需要应用一些专业的智能化测量算法对原始数据进行预处理。

第一，利用格拉布斯法对一些较大的误差值进行有效剔除，并且对原始数据进行滤波处理。

第二，利用特征自适应算法自动识别需要测量的特征区域。

第三，利用最小二乘法对数据进行有效的线性拟合，寻找自动寻找构成开窗角度的两条直线并对其夹角进行计算。

2.2测量系统研发

基于以上测量原理最终研发了测量系统，该系统在实际应用中有以下几个方面的特点：

首先，通过激光非接触测量技术的合理利用，可以快速的对散热器片的开窗角度进行有效测量，并且不会对翅片造成破坏。

第二，该系统可以自动寻找最佳测量区域。在对翅片进行测量时，工作人员只需将样品简单的安装在测量平台上即可，系统会自动对相关参数进行有效测量。

第三，该系统可以对测得的原始数据进行自动分析。可以按照实际筛选条件对历史测量数据进行选择并且将最终数据上传到MES系统当中。

2.3量值溯源方案设计

为了使测量最终结果可以溯源，并且对测量准确度进行有效判定。以模具钢材料根据翅片设计图纸定制了具有相同外形以及尺寸的标准块与该系统进行配套使用。利用系统对标准块的开窗角度进行准确测量，并且将其作为后续测量工作的参考值。和系统测量值进行有效对比，最终结果表明利用该系统得到的数值测量误差不超过±0.5°，满足实验要求。

3.服务成效

该系统完成之后企业随机使用该系统对某个冲压机的72列翅片样品进行测量，最终发现其中5列存在冲压缺陷。该系统将测量数据反馈到加工环节，经现场工作人员检查后发现是由于冲压机对应工位上的冲压刀具出现由于经过长期使用产生了一定的磨损而导致的。生产人员及时对冲压刀具进行更换，有效地避免了这些存在问题的翅片流入到下一道生产环节。

4.结束语

本文从企业的实际需求出发，全面解决了企业在实际生产制造中遇到的一系列测量技术难题。使得企业能够更加快速准确地对关键参数进行有效测量，从而最终使产品质量得到有效提升。

参考文献：

[1]沈意吉，傅家乐，张一帆.5G时代计量技术机构的智能场景应用前景[J].上海计量测试，2020，47（04）：59-61.

[2]劉继兵，肖冰.聚焦产业发展  推进智慧计量建设[J].中国计量，2017（03）：20-22.