美國(guó)格里森GRSL質(zhì)量中心將快速齒輪檢測(cè)功能引入車間現(xiàn)場(chǎng)，助力打造更高質(zhì)量的齒輪 。
2018年，格里森（Gleason）硬精加工單元（Hard Finishing Cell，簡(jiǎn)稱HFC）的問(wèn)世，為汽車變速箱齒輪及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（e-drives）齒輪的大批量生產(chǎn)帶來(lái)了范式革新。
如今，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)每一個(gè)齒輪、每一個(gè)輪齒的100%在線檢測(cè)——且不會(huì)影響齒輪硬精加工所需的高速生產(chǎn)節(jié)奏。同時(shí)，實(shí)時(shí)識(shí)別并修正可能導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生不合格噪聲的工況，也終于成為現(xiàn)實(shí)。
相比之下，齒輪制造商的傳統(tǒng)檢測(cè)方式則存在明顯局限。在連續(xù)展成磨削等典型硬精加工作業(yè)中，通常僅在每個(gè)修整周期內(nèi)或機(jī)床調(diào)試完成后檢測(cè)1-2個(gè)工件。根據(jù)修整周期的不同，被檢測(cè)工件數(shù)量?jī)H占總產(chǎn)量的約5%。為保證近100%的可靠性，企業(yè)需通過(guò)統(tǒng)計(jì)評(píng)估來(lái)驗(yàn)證所生產(chǎn)齒輪的合格性。
典型的測(cè)量特性可通過(guò)高斯曲線（Gaussian bell curve）呈現(xiàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)刻意縮小被測(cè)零件的公差范圍，可確保以足夠高的概率（通常>99.99994%）滿足圖紙規(guī)定的公差要求。
這種方法廣泛應(yīng)用于機(jī)器及過(guò)程能力研究，且在全球范圍內(nèi)得到認(rèn)可。作為常用依據(jù)的機(jī)器或過(guò)程能力值（cmk與cpk），通常需設(shè)定在1.67以上。
從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，這種情況下的不合格率僅為每100萬(wàn)個(gè)工件中0.57個(gè)，但這也意味著，僅有約50%的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)公差可作為實(shí)際制造公差使用。
而如今，隨著質(zhì)量要求的不斷提高（尤其是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)齒輪，受NVH等因素影響），公差范圍日益收緊，這一現(xiàn)狀進(jìn)一步加劇。對(duì)于越來(lái)越多的齒輪制造商而言，這種高度依賴統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的檢測(cè)方式已成為一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
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GRSL：整合多類檢測(cè)方法于單一平臺(tái)
傳統(tǒng)檢測(cè)的另一大難題是：從取下零件進(jìn)行檢測(cè)到獲取實(shí)際測(cè)量結(jié)果，往往需要漫長(zhǎng)的等待。根據(jù)檢測(cè)室容量不同，零件轉(zhuǎn)運(yùn)、等待及檢測(cè)時(shí)間合計(jì)易達(dá)到30-45分鐘。
檢測(cè)完成后，還需判斷是否需要調(diào)整機(jī)床參數(shù)，而這些調(diào)整需由機(jī)床操作人員執(zhí)行，又會(huì)額外耗費(fèi)時(shí)間——在此期間，無(wú)論合格與否，齒輪仍在持續(xù)生產(chǎn)。
為解決這兩大長(zhǎng)期存在的痛點(diǎn)，格里森HFC單元集成了一項(xiàng)卓越的新型檢測(cè)方案——GRSL（集成激光掃描的齒輪滾檢系統(tǒng)，Gear Rolling System with Integrated Laser Scanning）。
該系統(tǒng)結(jié)合了雙面嚙合滾檢與激光掃描技術(shù)，將多種檢測(cè)方法整合到單一平臺(tái)：
- 齒廓、齒向與齒距的光學(xué)檢測(cè)；
- 齒距偏差（DOP）與齒厚檢測(cè)；
- 雙面嚙合綜合檢測(cè)；
- 精密在線齒輪噪聲分析。
所有檢測(cè)過(guò)程僅需數(shù)秒即可完成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)齒輪的100%檢測(cè)，且無(wú)需犧牲寶貴的生產(chǎn)周期。
GRSL：不止于HFC，更可獨(dú)立應(yīng)用
幸運(yùn)的是，GRSL的諸多優(yōu)勢(shì)并非僅局限于HFC單元。如今，隨著獨(dú)立式GRSL質(zhì)量中心的推出，任何制造商都能滿足100%檢測(cè)的需求，同時(shí)大幅縮短各類高精度、低噪聲要求圓柱齒輪的硬精加工與檢測(cè)時(shí)間。
此外，GRSL質(zhì)量中心具備“車間適應(yīng)性”設(shè)計(jì)，可直接安裝在生產(chǎn)車間內(nèi)、靠近零件加工機(jī)床的位置。借助集成的協(xié)作機(jī)器人（cobot）上料機(jī)，一臺(tái)獨(dú)立式GRSL即可取代傳統(tǒng)耗時(shí)費(fèi)力的檢測(cè)流程——傳統(tǒng)流程通常需多臺(tái)檢測(cè)設(shè)備（分析型檢測(cè)系統(tǒng)、滾檢儀、DOP量規(guī)）、專業(yè)操作人員，且需在多個(gè)檢測(cè)工位間轉(zhuǎn)運(yùn)零件。
相比之下，這一單一GRSL平臺(tái)可一站式完成所有檢測(cè)任務(wù)，且耗時(shí)僅為傳統(tǒng)方式的一小部分，具體包括：
- 工件所有輪齒的齒距、齒向與齒廓光學(xué)檢測(cè)；
- 雙面嚙合滾檢（含齒面損傷檢測(cè)、雙面嚙合總偏差、雙面嚙合工作誤差、功能跳動(dòng)、齒向偏差（DOB）測(cè)量、平均齒厚等）。
最重要的是，檢測(cè)結(jié)果可實(shí)時(shí)獲取，并通過(guò)連續(xù)閉環(huán)反饋至生產(chǎn)機(jī)床，從而實(shí)時(shí)進(jìn)行必要調(diào)整——無(wú)需像傳統(tǒng)方法那樣等待數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)才能拿到檢測(cè)結(jié)果。
通過(guò)對(duì)多達(dá)100%的零件進(jìn)行檢測(cè)，制造商可實(shí)時(shí)監(jiān)控趨勢(shì)，在零件超出公差前提前采取預(yù)防性調(diào)整措施，甚至能預(yù)判工件裝配到變速箱后是否可能產(chǎn)生噪聲問(wèn)題。
噪聲分析：精準(zhǔn)定位噪聲根源
隨著電動(dòng)汽車（EV）的普及，降低乃至消除齒輪噪聲已成為齒輪設(shè)計(jì)師的首要目標(biāo)。相關(guān)研究仍在持續(xù)，但目前尚無(wú)單一、簡(jiǎn)單的解決方案——齒輪噪聲的成因復(fù)雜多樣。當(dāng)出現(xiàn)齒輪噪聲問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)商往往僅聚焦于制造過(guò)程，然而這并非總能找到根本原因。
要讓齒輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靜音運(yùn)行，首先需根據(jù)齒輪箱實(shí)際工作中的載荷特性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)?；诶硐牍r的齒輪設(shè)計(jì)，已無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判齒輪在實(shí)際應(yīng)用中的靜音效果。
更可靠的方法是采用承載齒面接觸分析（loaded tooth contact analysis），該方法會(huì)綜合考慮真實(shí)的齒輪幾何形狀、實(shí)際載荷及變速箱部件的變形。
即便設(shè)計(jì)完美的齒輪，也可能因制造誤差產(chǎn)生一種名為“幽靈噪聲”（ghost noise）的噪聲問(wèn)題。因此，具備能夠檢測(cè)潛在噪聲問(wèn)題、區(qū)分“制造根源”與“設(shè)計(jì)根源”的分析工具至關(guān)重要——而GRSL質(zhì)量中心在這一方面表現(xiàn)卓越。
與傳統(tǒng)檢測(cè)方法（及其在排查噪聲根源（無(wú)論是設(shè)計(jì)還是制造相關(guān)）時(shí)的應(yīng)用）相比，GRSL的優(yōu)勢(shì)可謂“天差地別”。激光掃描可獲取海量的全面數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)超齒廓、齒向、齒距、跳動(dòng)、尺寸等標(biāo)準(zhǔn)齒輪特性參數(shù)——且耗時(shí)僅為傳統(tǒng)方法的一小部分。
通過(guò)深入了解所有輪齒的齒廓與齒向特性，可開(kāi)展高級(jí)波紋度分析（advanced waviness analysis），進(jìn)而完成齒輪表面形貌的階次分析（order analysis）及對(duì)應(yīng)振幅評(píng)估。
如今，借助該技術(shù)可檢測(cè)出“幽靈階次”（ghost orders）等潛在噪聲問(wèn)題——這類問(wèn)題與齒輪的嚙合諧波無(wú)關(guān)，通常由制造過(guò)程或相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的微小不規(guī)則偏差導(dǎo)致。
一旦“幽靈階次”的振幅超過(guò)特定閾值，就會(huì)引發(fā)噪聲問(wèn)題。而通過(guò)高級(jí)波紋度分析及對(duì)多達(dá)100%齒輪的檢測(cè)，制造商可在零件裝配到變速箱前篩選出存在隱患的關(guān)鍵零件。
