融入生产之中

蔡司集团

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振动会影响发动机并施加很大的应力，最终会导致爆炸。弹性联轴器可以使动力传输无振动，这是针对所使用的发动机进行精心设计的，特别是针对船舶上发动机的应用。因此制造商VULKAN生产的联轴器和齿轮系统的型号和品种也是相应地多样化发展。考虑到需要优化其生产工艺流程时，他们迈出的第一步就是使用数字化设备扫描检测超过40个品种的产品组件。ZEISS T-SCAN CS手持式激光扫描仪作为快速精确的解决方案被选入使用。

现在正是14号甲板上的午休时间。虽然船上有近1000名乘客在阳光下休闲，但是在他们的甲板下面，船上九米的螺旋桨却一直在水中旋转。巨大的发动机使这艘邮轮以20节的速度加速航行，而几乎没有任何声音。柴油发动机的曲柄驱动会导致不平衡扭矩从而发生危险。不平衡扭矩会产生振动，并将振动传递到齿轮单元和螺旋桨。这些振动会彼此影响而加剧振幅，并导致强大破坏力，最终可能使曲轴断裂。不管是游船、油轮还是集装箱船，发动机在公海上出现故障就可能具有致命的危险。VULKAN生产的高弹性联轴器就是为了防止这样的灾难发生。

位于Herne（德国）的公司总部，整个部门都投入到扭力振动的计算中。现在所有的员工都在公司新建的玻璃幕墙大楼里进行工作，员工们为每艘船研制合适的设计方案。所有的联轴器都包含一个金属橡胶组合。这些组件可以抑制振动，还可以在发动机和齿轮单元之间进行轴向和径向移动。发动机输出，船舶的特定设计和要求决定需要大量的橡胶混合物用于硫化。

可靠产品的快速流程

高弹性RATO S联轴器的上一代型号是30年前该公司产品组合的一部分。现在这些联轴器是VULKAN公司最畅销的产品系列之一。但是，在过去几年中生产成本已经提高了很多。这就是为什么该公司要制定一项优化工艺流程的计划，并交给Andreas Ladwig作为他的硕士论文的一部分的原因。这位公司以前的实习生作为一名全职的初级精益生产主管在较短时间内完成了这个项目。Ladwig将RATO S产品系列作为他的工艺优化方案的重点。这类联轴器一般包括四个不同的部分，最后组装成一种圆盘。四个部分都包含两种铸件，它们用橡胶接合在一起，来达到所需联轴器的弹性要求。存在的问题是：在实际情况下，技术图纸和实际铸件并不总是能够做到100%的对应。其结果会经常导致次品的出现，并且员工需要投入更多的时间进行重新加工。Ladwig认为需要检查RATO S系列产品的所有硫化工具，并根据需要对它们进行修改。这些工具确保金属零件在硫化机的规定位置上。因为将铸件和橡胶通过压力和热量结合在一起的化学过程，每个工件需要八个小时，因此出现次品是特别昂贵的事情。

对40个产品型号进行数字化改造优化过程的核心部分是评价硫化工具和铸件。后者由子公司和供应商完成，然后在VULKAN做进一步处理。Ladwig解释说：“我们的RATOS系列产品有40个型号和规格。使用滑规捕获这些产品的几何形状需要我们几年的时间。”因此公司正在寻找一种更快、更准确的方法。测量实验室在另外一个大厅里，并且已经满负荷运转。另外，硫化工具太重，将其搬运到测量实验室非常不容易。Ladwig一位属于工艺优化部门的同事提出了一个建议：他在一个内部交易会上看到一款3D测量技术的激光扫描仪。他的提议使得Ladwig很好奇，他正是需要那种能够使铸件和工具数字化、并且能够使它们的实际状况与现有的技术图纸准确一致的装置。之后他和他的同事对多台激光扫描仪进行了测试，最终他们更加偏爱他的同事最初建议的设备：ZEISS的T-SCAN CS激光扫描仪。“有了这台设备，可以快速完成扫描并且可以保证获得完整的数据，”Ladwig说。手动测量设备还有另外的好处：因其是可移动的，而且比他和他的同事测试过其他产品更稳固，因而最终打动了工程师。一开始他们决定先租几个月激光扫描仪进行试用，以便确定该设备是否是最合适的选择。

全部实时显示

“速度和极高的精度从一开始就打动了我，”在硫化部门工作的员工Ralf Redecker说。他是在VULKAN使用激光扫描仪执行数字化任务的员工。经过为期两天的培训课程，他自己已经可以捕获第一个硫化工具：“我是训练有素的画家和漆匠。我对我自己手的动作掌控游刃有余。”他确实如此轻松地指挥ZEISS T-SCAN CS在工件表面上移动，就如同他在若无其事地挥动着画笔一样。现在Redecker还几乎不需要测量设备提供声音和光学显示。当红色激光束击中表面上的绿色光点时，该设备与工件的距离处于最佳状态，并且每秒的捕获次数高达330次。当出现这种情况时，激光仪以点云的形式捕获工件的形状，每秒达210,000个点。ZEISS colin3D数据捕获软件根据这些点去生成工件的3D模型。在实时扫描过程中，3D模型逐渐显示在监控器上。因此，Redecker可以准确地看到他扫描过的部位并且可以无任何间隙地对工件进行数字化处理。这位漆匠直接在生产车间进行测量，离硫化机不远。他将RATO S联轴器部件放在一个台钳上。然后在现场测量这些重达5吨的工具。除了手动激光仪和运行数据捕获软件的计算机，该系统的第三个部分是一个光学跟踪仪。ZEISS T-TRACK CS+放在一个离工件两米远的支架上，通过使用集成的红外跟踪仪记录激光扫描仪的运动。这是相机通过一个虚拟的坐标系统中的激光扫描仪记录捕获到的点的方法。这个原理允许操作者在不使用参考点的情况下，可以在室内的任何位置执行测量，只要操作者位于光学跟踪仪的范围之内即可。

这一效果立竿见影

在几周之后，Redecker已经使用激光扫描仪完成了对多个工具和首批铸件的数字化。当他在硫化部门捕获数据时，Ladwig则负责进行评估。他接受了一次有关如何使用ZEISS的INSPECTplus检测软件的培训课程。 扫描和CAD模型是否对应，如果对应，对应程度如何等都可以通过程序可视化显示出来。它也可以显示扫描数据与理论工件之间的偏差。在这个标称/实际比较中，红的区域表明材料过多，蓝色区域则表示材料太少。按照这位机械工程师说法，操作该软件并不复杂：“该软件的工作就像一个稍加修改的CAD程序。你会立即看到结果。”在ZEISS T-SCAN CS租赁期即将结束的时候，他们做出了购买该设备的决定。优化工作继续向前推进：Ladwig和他的同事将CAD模型与扫描数据进行了比较，然后对“旧”的CAD模型进行了修改。铸件供应商给他们送来了新的图纸和CAD模型，作为模具制作的一个模板他们一直使用至今。他们将“新”铸件通过激光扫描对初始样品进行测试。该方法也仍在使用：Redecker对初始样品进行扫描，Ladwig使用ZEISS INSPECTplus软件创建检测报告。有了这个软件，供应商可以立即知道铸件与标称几何尺寸的对应程度。“速度快得令人难以置信，”Ladwig说。“如果Ralf在早晨进行扫描，我有时间在下午进行分析，那么我们就可以在一个工作日内完成该组件的初始样本测试。而在过去这个过程我们需要几周的时间。”

极少次品

在40多种RATO S系列产品的初始样品测试接近完成的时候，对硫化工具的数字化和改造工作早已完成。成功的工艺优化已经开始大显身手：联轴器零部件的次品数量以及返工所需的时间和精力都大大的减少。过去，在优化和返工之前，为了使尺寸正确，工作人员必须重新安装铸件。现在，VULKAN完全省略了这一步。Ladwig自豪地宣布说，“我们已经使产品系列的零部件进入了生产环节。”但对于他和他的同事Redecker以及他们的激光扫描仪来说工作才刚刚开始，因为这仅仅是RATO S的开始。产品线和联轴器的种类就像世界海洋船舶的种类一样多。Ladwig其他部门的同事们也已经开始对激光扫描仪的潜能显示了极大的兴趣。在不久的将来，针对ZEISS T-SCAN CS的操作，公司将对更多的员工进行培训。

VULKAN集团

该公司成立于1889，一直以家族式管理的VULKAN集团已经运营有超过125年。今天，该公司拥有约1,200名员工，遍布全球20个不同的地点。VULKAN联轴器是公司效益最好的三个部门之一。其重点是在航运和发电系统中的柴油发动机上的应用。挑战：如果不使用阻尼联轴器，柴油发动机产生的振动会严重损坏传动轴。这就需要有一个由动力传递机构、偏移补偿和扭转振动阻尼组成的一个具有挑战性的产品。而该产品就是这个家族企业的核心竞争力之一。50多年来，VULKAN联轴器已经应用到世界各地的各种类型的船舶上。

ZEISS T-SCAN CS 总结

在开发ZEISS T-SCAN CS激光扫描仪的时候，快速、直观、精确就是ZEISS 3D扫描仪专注的重点。最后得到的是一个具有极高动态的手动设备，能够仅通过一次性设置捕获不同的颜色表面，数据速率每秒高达21万个点。这表示在整个6.3立方米的测量范围内，测量的不确定性仅为0.1。设备的人性化设计，其约为一公斤的重量，也使操作者能够毫不费力地到达工件难以进入的部位。手动扫描仪通过ZEISS T-TRACK CS+光学跟踪仪加以辅助。跟踪仪在空间内跟踪激光仪的运动，记录在虚拟坐标系统中捕获的点。这样操作者可以在跟踪仪的范围内任意选择测量区域。ZEISS colin3D数据捕获软件使用捕获的点云生成工件的3D模型。□