一种汽车铸件自动化专用检具设备的设计

张超

摘要：汽车检具目前已经成为汽车产业及其配套产业中精准化生产的必不可少的检测用具，各类新式汽车检具和各类制造方法也逐渐向更高效、高精度的方向进行研究。本文介绍了一种汽车铸件专用检具设备，该设备具备自动校对、安装、检测的功能，其优点在于：被测零件表面无损伤;实验最小精度可以达到0.002mm，重复测量精度：GR&R≤10%。

关键词：汽车检具;自动化;铸件;专用检具

中图分类号：TG8                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）24-0013-04

0  引言

汽车检具是根据各款车型专门规划和设计要求开发出的，可以利用专业的汽车检具检查其尺寸、大小，然后进行测量评价，主要用于生产准备阶段对模具精度的测定、调整以及批量生产后的尺寸日常管理。零件尺寸是否合格需要借助测量工具或检具来测定，尤其是在批量生产中需要检具，根据目前国内外研究情况看，检具用于测量和评价零件尺寸和质量的方面具有非常强的专业适用性，特别是在复杂零件检测上，更加具备优势。在汽车制造生产过程中，由于种类繁多，零件与部件配合精度要求高。目前汽车零部件开发和质检工作人员逐渐意识到制造和使用等提升汽车检具和模具同等重要的位置。

在现代汽车制造领域，特别是轿车生产中，外观钣金件、结构件生产中的日常检测与精度保证，主要使用专门定制检具、三次元测量机、便携式多关节臂测距仪和激光在线检测系统等多种手段。本研究课题主要采用气动式位移传感器，结合定制自动化检测机构，实现产品的高精度测量与检验管理，并通过二维码在线共享数据。

对于常规汽车检具，已经在生产的各个阶段：新产品开发生产准备、模具的试制生产、工艺过程检测、批量产品的管理、生产过程监控等多方面发挥了巨大的作用。近年来汽车检具自动化技术，也越来越发展壮大起来。与传统机械检具需要配合大量人工检测相比，汽车检具自动化对于减少检测的工时、减轻检测人员工作效率、提升零件生产效率和产品质量方面有着显著效果。自动化在线检具的逐步使用、在汽车工业的新型工艺检测装备增加自动化率，能够在效率与质量上提高汽车的制造水平，能够缩短我们以国际接轨的时间。众所周知，外观件是由数百个各类钣金件，在各个组焊、安装车间里，依次从零件、部件，到白车身的各个层别通过人工或自动化、机械人焊接而成，过程需要时时保证组立效率与精度。其中的过程检验，是产品质量提升的关键环节。所以有如此多的零件需要生产加工和装配，各个生产工艺需要质量控制的地方特别多，如本课题的汽车铸件，在机械加工、热处理乃至装配各个环节中，需要快速精确的数据测量与分析。因此保证产品质量，在大批量生产过程中，快速、准确的测量手段就显得非常重要。因此汽车检具自动化前景广阔。

传统检具相对结构简单，使用方便，成本较低。我们观察到在汽车产业生产的各个领域，传统检具被大量使用。而自动化检具在判断产品是否合格、通过对测量数据的在线分析，找到质量问题的原因，为生产加工或工艺的进一步改进提供可靠的科学依据方面，优点越来越明显，可以高效地保证测量精度和提充分提高生产率。

本文将以汽车铸件中的左前纵梁角加强板为例，进行专用检具的设计。

1  汽车铸件介绍

本项目的左前纵梁角加强板，整体结构从前向后为z字形。左前纵梁角加强板，整体为槽结构，模具铸造制成，边缘采用模具翻边工艺，部分采用焊接相贴结构。缓冲吸能区设置在前加强板前、后侧，中、后部加強板通过与前纵梁合形成槽结构。从细节上看中部加强板与联接的后加强板中间有一定距离。左前纵梁角加强板，整体曲面较多，安装孔位也比较多。值得注意的是，上述加强板的中间均设有减重孔与加强结构。根据汽车检具设计规范要求，检测过程中的测量点要包含4个等级，测量点的设定要用于确定：全尺寸、过程控制能力、配合面/密封面、翻边，切边间隔、减重孔、特征形面等数据。汽车铸件及其31个测量点如图1所示，31点的三坐标如表1所示。

2  专用检具设计

专用综合匹配检具功能是通过真实的零件模拟安装，经过测量综合评估零件是否满足匹配要求。在开发的前期，综合匹配检具通过安装软模制造的零件，既可用于评估零件设计结构和匹配关系的合理性用于发现早期设计问题，并及时修改，也可通过零件的装配，评估工艺对匹配的影响，制定合理的安装工艺;在试生产的匹配评估中，由于零件检具远离整车厂，综合匹配检具用来快速分析匹配问题，通过比较零件在白车身上的匹配与综合匹配检具上的结果差异，发现零件检具在设计，制造中的问题，改善零件检具。

测量支架是用三次元测量仪测量零件时的一种辅佐支架，其主要作用是定位零件，方便三次元进行测量。其所有关键结构部位，例如：定位点、定位线、定位面，都是根据零件的UG数据模型CNC加工，本项目的自动化检具的结构设计时优先作为测量支架使用，当自动化检具在安装时，除了必须有高精度外，还要考虑自动化检测元件的安装，不得引起干涉。本检具的支架设计如图2所示，铸件装夹后如图3所示。

本检具需要对工件进行定性、定量检测，为实现对工件的在线检测，需要将工件准确地安装定位于检具上。工件定位需要先确定主定位、副定位和面定位，然后利用三个导向定位而后安装。合格安装好后，检测人员首先通过目视检验，再通过专用测量工具对本铸件的型面，圆周边曲线，安装孔、减重孔等位置等关键产品特性检测，关键控制特性进行检查，同时通过计算机建模分析，可以得到工件与CAD理论值之间的偏差。

3  测量实现过程

在检测工作开始前进行校队工作，在铸件安装前进入校对界面，按下按键盒上的校对/复位按钮（校对界面是校对，测量界面是复位）26支传感器弹出与标件各球接触→稳定2-3秒后采集数据→系统自动校对→显示校对成功→人工拔出标件定位棒。

进入测量界面→人工放入工件→确认各基准与测量机各定位柱贴合后→按下压紧按钮，真空吸盘将自动压紧工件（A1-A3 3点同时压紧，A1-A3内有传感器用于监控定位是否贴合，未贴合即传感器读数在0.05以上时报警），伸缩定位监控传感器接通（表明定位销进入孔内，否则报警提示）→按测量按钮→26支传感器弹出测量，稳定2-3秒后采集数据→数据进入工控机运算后产生测量结果，合格点为绿色，不合格点为红色，并出实际值，（数据采集后测头回退）以上各检测完成后，并且都为合格时→手持扫描枪对准工件的二维码（如图4所示），扫描枪自动识别二维码并上传电脑内（此二维码也可采用明码输入）→按下数据与二维码自动绑定并保存→按下松夹按钮人工取下工件。整个工作流程如图5所示。

4  创新点与检测结果分析

本文介紹的检具设备采用了气动式位移传感器，该传感器如图6所示。此传感器采用压缩空气充气驱动，泄气自行回弹的方式，具有高性能、高精度、高稳定性等特点。同时校准块针对Q5检具，将做两点改善：①不再使用螺丝禁锢校准块，而采用强力磁铁快速贴合在计量块上;②校准块的高度差不但会提供3mm，而且提供多个规格的高度，比如2.7mm和2.4mm，用于日常生产时来自检传感器的精度是否失效。本检具所使用的较准计量块如图7所示。

检具测量结果主要通过图形和数据结果表达，左前纵梁角加强板工件的三维检测模型如图8所示，32个测量点测量结果写到测量界面，如不合格数安框变红，合格为绿色（如图9所示），图形和数据综合结果在主菜单显示，结果如图10所示。

我们将同一工件检测设备的测量结果与三坐标结果对比，结果误差不大于±0.03m。同时检测测量系统的最小精度（分辨率）：0.002mm，重复测量精度：GR&R≤10%。检具设备还设计了每2小时强制校对功能，校准时间<20秒（不含上下标件的时间）。

5  总结

本文介绍的汽车铸件专用检具设备可以检测方便，快速，总体布局要求结构紧凑、合理，有足够的刚性并且美观。同时保证设计功能的实现，使用中无干涉、卡滞或异常磨损等情况发生。每一个工件的测试数据将生成CSV报告格式，同时匹配需求数据服务器的数据格式进行实时上传，测试软件可以生成新的CSV文件，将重复测试的产品数据只保留最终整形合格后的数据。测量数据存储后，检具测试软件可以对当日的测试结果进行实时行统计分析：日不良率、日合格率、日不良总数、日生产数;如果有需要其他SPC的统计需求，也可以根据客户要求进行新的统计开发。

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