張超

摘要：汽車檢具目前已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)及其配套產(chǎn)業(yè)中精準化生產(chǎn)的必不可少的檢測用具，各類新式汽車檢具和各類制造方法也逐漸向更高效、高精度的方向進行研究。本文介紹了一種汽車鑄件專用檢具設備，該設備具備自動校對、安裝、檢測的功能，其優(yōu)點在于：被測零件表面無損傷;實驗最小精度可以達到0.002mm，重復測量精度：GR&R≤10%。

關(guān)鍵詞：汽車檢具;自動化;鑄件;專用檢具

中圖分類號：TG8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0013-04

0? 引言

汽車檢具是根據(jù)各款車型專門規(guī)劃和設計要求開發(fā)出的，可以利用專業(yè)的汽車檢具檢查其尺寸、大小，然后進行測量評價，主要用于生產(chǎn)準備階段對模具精度的測定、調(diào)整以及批量生產(chǎn)后的尺寸日常管理。零件尺寸是否合格需要借助測量工具或檢具來測定，尤其是在批量生產(chǎn)中需要檢具，根據(jù)目前國內(nèi)外研究情況看，檢具用于測量和評價零件尺寸和質(zhì)量的方面具有非常強的專業(yè)適用性，特別是在復雜零件檢測上，更加具備優(yōu)勢。在汽車制造生產(chǎn)過程中，由于種類繁多，零件與部件配合精度要求高。目前汽車零部件開發(fā)和質(zhì)檢工作人員逐漸意識到制造和使用等提升汽車檢具和模具同等重要的位置。

在現(xiàn)代汽車制造領(lǐng)域，特別是轎車生產(chǎn)中，外觀鈑金件、結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中的日常檢測與精度保證，主要使用專門定制檢具、三次元測量機、便攜式多關(guān)節(jié)臂測距儀和激光在線檢測系統(tǒng)等多種手段。本研究課題主要采用氣動式位移傳感器，結(jié)合定制自動化檢測機構(gòu)，實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度測量與檢驗管理，并通過二維碼在線共享數(shù)據(jù)。

對于常規(guī)汽車檢具，已經(jīng)在生產(chǎn)的各個階段：新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)準備、模具的試制生產(chǎn)、工藝過程檢測、批量產(chǎn)品的管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控等多方面發(fā)揮了巨大的作用。近年來汽車檢具自動化技術(shù)，也越來越發(fā)展壯大起來。與傳統(tǒng)機械檢具需要配合大量人工檢測相比，汽車檢具自動化對于減少檢測的工時、減輕檢測人員工作效率、提升零件生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面有著顯著效果。自動化在線檢具的逐步使用、在汽車工業(yè)的新型工藝檢測裝備增加自動化率，能夠在效率與質(zhì)量上提高汽車的制造水平，能夠縮短我們以國際接軌的時間。眾所周知，外觀件是由數(shù)百個各類鈑金件，在各個組焊、安裝車間里，依次從零件、部件，到白車身的各個層別通過人工或自動化、機械人焊接而成，過程需要時時保證組立效率與精度。其中的過程檢驗，是產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以有如此多的零件需要生產(chǎn)加工和裝配，各個生產(chǎn)工藝需要質(zhì)量控制的地方特別多，如本課題的汽車鑄件，在機械加工、熱處理乃至裝配各個環(huán)節(jié)中，需要快速精確的數(shù)據(jù)測量與分析。因此保證產(chǎn)品質(zhì)量，在大批量生產(chǎn)過程中，快速、準確的測量手段就顯得非常重要。因此汽車檢具自動化前景廣闊。

傳統(tǒng)檢具相對結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本較低。我們觀察到在汽車產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，傳統(tǒng)檢具被大量使用。而自動化檢具在判斷產(chǎn)品是否合格、通過對測量數(shù)據(jù)的在線分析，找到質(zhì)量問題的原因，為生產(chǎn)加工或工藝的進一步改進提供可靠的科學依據(jù)方面，優(yōu)點越來越明顯，可以高效地保證測量精度和提充分提高生產(chǎn)率。

本文將以汽車鑄件中的左前縱梁角加強板為例，進行專用檢具的設計。

1? 汽車鑄件介紹

本項目的左前縱梁角加強板，整體結(jié)構(gòu)從前向后為z字形。左前縱梁角加強板，整體為槽結(jié)構(gòu)，模具鑄造制成，邊緣采用模具翻邊工藝，部分采用焊接相貼結(jié)構(gòu)。緩沖吸能區(qū)設置在前加強板前、后側(cè)，中、后部加強板通過與前縱梁合形成槽結(jié)構(gòu)。從細節(jié)上看中部加強板與聯(lián)接的后加強板中間有一定距離。左前縱梁角加強板，整體曲面較多，安裝孔位也比較多。值得注意的是，上述加強板的中間均設有減重孔與加強結(jié)構(gòu)。根據(jù)汽車檢具設計規(guī)范要求，檢測過程中的測量點要包含4個等級，測量點的設定要用于確定：全尺寸、過程控制能力、配合面/密封面、翻邊，切邊間隔、減重孔、特征形面等數(shù)據(jù)。汽車鑄件及其31個測量點如圖1所示，31點的三坐標如表1所示。

2? 專用檢具設計

專用綜合匹配檢具功能是通過真實的零件模擬安裝，經(jīng)過測量綜合評估零件是否滿足匹配要求。在開發(fā)的前期，綜合匹配檢具通過安裝軟模制造的零件，既可用于評估零件設計結(jié)構(gòu)和匹配關(guān)系的合理性用于發(fā)現(xiàn)早期設計問題，并及時修改，也可通過零件的裝配，評估工藝對匹配的影響，制定合理的安裝工藝;在試生產(chǎn)的匹配評估中，由于零件檢具遠離整車廠，綜合匹配檢具用來快速分析匹配問題，通過比較零件在白車身上的匹配與綜合匹配檢具上的結(jié)果差異，發(fā)現(xiàn)零件檢具在設計，制造中的問題，改善零件檢具。

測量支架是用三次元測量儀測量零件時的一種輔佐支架，其主要作用是定位零件，方便三次元進行測量。其所有關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，例如：定位點、定位線、定位面，都是根據(jù)零件的UG數(shù)據(jù)模型CNC加工，本項目的自動化檢具的結(jié)構(gòu)設計時優(yōu)先作為測量支架使用，當自動化檢具在安裝時，除了必須有高精度外，還要考慮自動化檢測元件的安裝，不得引起干涉。本檢具的支架設計如圖2所示，鑄件裝夾后如圖3所示。

本檢具需要對工件進行定性、定量檢測，為實現(xiàn)對工件的在線檢測，需要將工件準確地安裝定位于檢具上。工件定位需要先確定主定位、副定位和面定位，然后利用三個導向定位而后安裝。合格安裝好后，檢測人員首先通過目視檢驗，再通過專用測量工具對本鑄件的型面，圓周邊曲線，安裝孔、減重孔等位置等關(guān)鍵產(chǎn)品特性檢測，關(guān)鍵控制特性進行檢查，同時通過計算機建模分析，可以得到工件與CAD理論值之間的偏差。

3? 測量實現(xiàn)過程

在檢測工作開始前進行校隊工作，在鑄件安裝前進入校對界面，按下按鍵盒上的校對/復位按鈕（校對界面是校對，測量界面是復位）26支傳感器彈出與標件各球接觸→穩(wěn)定2-3秒后采集數(shù)據(jù)→系統(tǒng)自動校對→顯示校對成功→人工拔出標件定位棒。

進入測量界面→人工放入工件→確認各基準與測量機各定位柱貼合后→按下壓緊按鈕，真空吸盤將自動壓緊工件（A1-A3 3點同時壓緊，A1-A3內(nèi)有傳感器用于監(jiān)控定位是否貼合，未貼合即傳感器讀數(shù)在0.05以上時報警），伸縮定位監(jiān)控傳感器接通（表明定位銷進入孔內(nèi)，否則報警提示）→按測量按鈕→26支傳感器彈出測量，穩(wěn)定2-3秒后采集數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)進入工控機運算后產(chǎn)生測量結(jié)果，合格點為綠色，不合格點為紅色，并出實際值，（數(shù)據(jù)采集后測頭回退）以上各檢測完成后，并且都為合格時→手持掃描槍對準工件的二維碼（如圖4所示），掃描槍自動識別二維碼并上傳電腦內(nèi)（此二維碼也可采用明碼輸入）→按下數(shù)據(jù)與二維碼自動綁定并保存→按下松夾按鈕人工取下工件。整個工作流程如圖5所示。

4? 創(chuàng)新點與檢測結(jié)果分析

本文介紹的檢具設備采用了氣動式位移傳感器，該傳感器如圖6所示。此傳感器采用壓縮空氣充氣驅(qū)動，泄氣自行回彈的方式，具有高性能、高精度、高穩(wěn)定性等特點。同時校準塊針對Q5檢具，將做兩點改善：①不再使用螺絲禁錮校準塊，而采用強力磁鐵快速貼合在計量塊上;②校準塊的高度差不但會提供3mm，而且提供多個規(guī)格的高度，比如2.7mm和2.4mm，用于日常生產(chǎn)時來自檢傳感器的精度是否失效。本檢具所使用的較準計量塊如圖7所示。

檢具測量結(jié)果主要通過圖形和數(shù)據(jù)結(jié)果表達，左前縱梁角加強板工件的三維檢測模型如圖8所示，32個測量點測量結(jié)果寫到測量界面，如不合格數(shù)安框變紅，合格為綠色（如圖9所示），圖形和數(shù)據(jù)綜合結(jié)果在主菜單顯示，結(jié)果如圖10所示。

我們將同一工件檢測設備的測量結(jié)果與三坐標結(jié)果對比，結(jié)果誤差不大于±0.03m。同時檢測測量系統(tǒng)的最小精度（分辨率）：0.002mm，重復測量精度：GR&R≤10%。檢具設備還設計了每2小時強制校對功能，校準時間<20秒（不含上下標件的時間）。

5? 總結(jié)

本文介紹的汽車鑄件專用檢具設備可以檢測方便，快速，總體布局要求結(jié)構(gòu)緊湊、合理，有足夠的剛性并且美觀。同時保證設計功能的實現(xiàn)，使用中無干涉、卡滯或異常磨損等情況發(fā)生。每一個工件的測試數(shù)據(jù)將生成CSV報告格式，同時匹配需求數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)格式進行實時上傳，測試軟件可以生成新的CSV文件，將重復測試的產(chǎn)品數(shù)據(jù)只保留最終整形合格后的數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)存儲后，檢具測試軟件可以對當日的測試結(jié)果進行實時行統(tǒng)計分析：日不良率、日合格率、日不良總數(shù)、日生產(chǎn)數(shù);如果有需要其他SPC的統(tǒng)計需求，也可以根據(jù)客戶要求進行新的統(tǒng)計開發(fā)。

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