無線數字化量具在現場檢測中的應用

史藝廣 國防科技大學

一、引言

隨著現場質量檢測的需求，適應生產加工環境、數顯數字化、專用高效量具成為其發展趨勢[1]。目前，數字化量具使用普遍，多數數字化量具同時配備了數據傳輸接口。近幾年無線數據傳輸技術發展迅速，在通用量具中也實現了無線功能模塊的小型化、嵌入化及集成化，推動了無數數據傳輸量具的普及應用[2]。同時，更加專業的、網絡化的數字化檢測系統也逐步出現和投入應用，是檢測行業新的發展趨勢[3]。

在實際工作中，多數企業數字化量具的使用只是利用了讀數方便的這一特點，測量結果記錄、合格判斷仍需人工處理，測量效率沒有明顯改善，未能充分利用數字化量具的數據傳輸功能，究其原因，主要為數據傳輸功能需要在完善的數據記錄和處理系統或網絡中發揮作用，而一般的制造信息化推進重點在加工過程與加工任務管理，檢測信息化未予同步支持。

本文針對數字化量具應用的上訴問題，提出利用EXCEL的數據處理能力，充分發揮數字化量具的功用，提高測量效率，并在工件螺紋檢測中進行實例應用。

二、總體方案

（一）系統組成

總體思路是，以計算機為載體，基于先進數字化量具的數據傳輸功能，將測量數據獲取至EXCEL表格中，再利用EXCEL的數據處理能力，進行測量結果自動判斷，并具有可視化顯示與不合格警示功能，減少人工記錄與計算的工作量，提高批量檢測效率和檢測過程質量控制。應用的各部分軟硬件，實現有機結合，形成應用系統，系統組成如圖1。

圖1 無線數字化量具應用系統組成

（二）具體功能

按照簡化操作提高效率的目的，應用系統應滿足如下功能要球：

1.無線數據的自動傳輸，并自動載入數據處理表；

2.能進行必要的數據計算及符合性判斷；

3.測量結果可視化，不合格情況顯現化；

4.能形成規范統一的測量記錄。

（三）試點對象

便攜式螺紋測量儀，主要用于工件螺紋的測量，其顯示部分為通用的數顯指示表（馬爾1086 Ri），并帶有無線傳輸功能，傳輸距離為6米。因此，本文基于此螺紋測量儀，進行現場螺紋檢測進行改進。

三、無線數據采集方案

（一）帶有無線功能的數字化量具

無線數據采集方案主要利用量具廠商已經開發成熟的技術，本應用中數字化量具為馬爾1086 Ri數顯千分表（圖2左），其內置無線傳輸系統MarConect i-wi，無需數據線即可將數據傳輸至EXCEL或以鍵盤代碼的方式傳輸至任何兼容Windows的程序。

圖2 1086 Ri數顯千分表及i-Stick無線數據接收棒

（二）無需數據接收棒及數據采集軟件

數據由量具內置無線系統發射，數據接收棒i-Stick（圖2右）接收，與計算機通過USB相連接，接收范圍為6m，可同時接收8個無線量具的數據。

無線數據采集軟件MarCom專門用于馬爾量具，同時可以對每個連接的量具設置其數據采集指令方式（計時、鍵盤或其他），數據傳輸的文件、具體位置以及設置文件模板等。

經過連接測試，該軟件可通過簡單的設置，即可將測量數據送至目標文件的目標單元格，并通過制定數據錄入的行列及循環規則，完成批量數據采集工作。

四、測量結果自動判讀

測量結果自動判讀是本文介紹的重點，主要內容包括：一、通過對EXCEL中各類公式、函數的運用，實現自動判讀；二、對判讀后的測量結果采取可視化顯示，方便測量人員識別；三、設置規范的記錄模板，利用函數簡化信息填寫，最終利用EXCEL形成的帶有測量結果自動判讀、可視化顯示及便捷的信息填寫功能的測量記錄表（圖3），下面依次介紹其實現過程。

圖3 工件螺紋檢測記錄表

（一）測量結果自動判讀

1.判讀標準的建立。要實現測量結果的自動判讀，首先要錄入被測特性的公差范圍，本次應用以工件螺紋為對象，按照國家標準建立了螺紋公差表，用于后續測量結果的判讀比對。

2.判讀規則的建立與實現。判讀規則主要利用EXCEL中的IF函數實現，如“=IF(AND(C14＜=(C5+E5),C14＞=(C5+G5)),C14,"-")”，語句含義為：如果C14小于等于C5+E5并且大于等于C5+G5時，為這個單元格返回C14的值，否則返回“-”，其中C14是螺紋中徑測量值（C列14行）的其中一個，C5為螺紋中徑理論值，E5和G5分別為中徑上公差和下公差，如此即可實現測量結果的自動判讀。

具體實現過程中，由于螺紋測量儀是比較測量儀器，輸出的是偏差值，因此合格判讀之前還需進行螺紋中徑實際值的計算。

值得注意的是，螺紋測量儀也可以直接顯示被測螺紋中徑的實際值，前提時要在數顯千分表中設置預置值，這種方式只適合用于一種規格的被測螺紋，如果螺紋規格變化，需重新設置，比較繁瑣。本文通過EXCEL進行了自動處理，實際測量時，螺紋測量儀僅用標準螺紋規對零位即可。

（二）測量結果可視化顯示

本文所實現的測量結果可視化顯示主要分兩類，一是測量結果所在公差帶位置；二是不合格測量結果的突出顯示，實現方式主要是利用EXCEL中條件格式的功能實現。

1.測量結果所在公差帶位置顯示。在EXCEL條件格式中的“數據條”功能，通過設置格式規則，建立一個單元格，其數值設置為螺紋中徑測量值，數據條的“最短”和“最長”的值分別設為螺紋中徑的上下公差值，這樣此單元格數據條的長度就代表測量值相對于公差帶范圍的長度。

上述設置不能表示測量結果超差的情況，因此，需另建兩個單元格，分別表示測量值偏小及測量值偏大的情況。

2.不合格測量結果的突出顯示。利用條件格式中“突出顯示”規則，對工件螺紋檢測記錄表中“是否合格”一列內容，根據其值進行突出顯示，當出現“否”時加底紋，并紅色突出顯示。

當然，在突出顯示之前，是否合格的值是由函數通過自動判讀得到的。

（三）利用函數簡化信息填寫

考慮測量記錄需要填寫被測產品、測量設備、測量人員以及測量時間等信息，在進行自動判讀時還需要被測特性的公差信息，因此對常用固定信息建立了各類數據匯總表，包括工件螺紋公差表、標準規信息表、螺紋測量儀信息表，再利用EXCEL中的查找函數（LOOKUP）進行查找引用，簡化了人工填寫的工作量。

1.螺紋公差信息自動填寫。以螺紋公差信息填寫為例，螺紋公差信息包含了規格、理論值、上公差及下公差。首先需要人工識別被測工件螺紋規格，規格確定后，EXCEL的LOOKUP函數便可以按照規格從工件螺紋公差表中查找其他的信息。中徑理論值的查找公式為“=LOOKUP(B5,工件螺紋公差表!B3:B102,工件螺紋公差表!C3:C102)”，其含義是：在工件螺紋公差表的B列第3至102行查找值等于本表（工件螺紋檢測記錄表）中B5的單元格，然后返回工件螺紋公差表中C列相應行中單元格的值。按照上述方法，同樣設置中徑上公差及下公差的查找公式，如此，僅填寫螺紋規格，EXCEL函數即可自動完成多個公差信息的填寫工作，有效簡化了工作量。

2.螺紋規格信息填寫。為進一步簡化填寫工作，本文又利用了EXCEL的“數據有效性”功能，這樣螺紋規格的填寫就變成了下拉式菜單選擇的方式，進一步提升工作效率的同時，也能保證填寫的規范性，保障公差信息自動查找的準確性。

同理，可實現螺紋測量儀以及每次測量前對零使用的螺紋標準規信息的下拉式選擇和自動填寫。

3.日期信息的自動填寫。作為檢測記錄表，檢測時間是必須填寫的信息，本文利用EXCEL的時間函數“=TODAY()”，實現了檢測日期的自動填寫。

五、實際應用及其他考慮

（一）檢測記錄表數據保護

由于檢測記錄表中含有大量的公式及函數，且工作簿還有其他信息數據源，一旦誤更改，將導致測量結果自動判斷出錯或失效，因此有必要利用EXCEL數據保護功能進行數據保護。最終效果是工件螺紋檢測記錄表中，僅有產品名稱、任務號、圖號、工序、檢測人員、備注單元格可以編輯，螺紋規格、測量儀名稱、標準規編號單元格可以下拉選擇外，其他單元格及工作表均無法編輯和更改。

（二）有效數據源的更新維護

后續有新規格螺紋需要測量，需要先對工件螺紋公差信息表進行維護，同時重新設置工件螺紋檢測記錄表中“螺紋規格”的數據有效性后，才能正常使用。螺紋測量儀信息表及螺紋標準規信息表同樣需要根據實際情況維護更新。

六、總結

本文充分發揮了無線數字化量具的數據傳輸功能，深度利用了EXCEL的各類數據處理功能，實現了現場檢測中測量數據自動采集，測量結果自動判讀及可視化顯示，優化了測量記錄填寫過程。以工件螺紋批量檢測為試點，進行了實際應用，達到了有效提升檢測效率，規范檢測過程的目的。

本文所用具體實現方法不一定是最優的，但以實例的形式給出了一種簡單的、容易實現的無線數字化量具應用方法，而不需要購置或開發專業的、網絡化的測量管理信息系統。