摘要：鈑金件檢測中，傳統(tǒng)的檢測方法需耗費(fèi)大量成本研發(fā)檢具，且檢測效率較低、可靠性不高，尤其是不能快速識別供應(yīng)商手動修復(fù)的鈑金件，無法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。盡管新型三坐標(biāo)和視覺掃描等測量技術(shù)逐步推廣使用，但其性價比不高，操作便利性不足。針對這些問題，結(jié)合傳統(tǒng)檢測手段和新型檢測技術(shù)，提出采用斷面卡規(guī)和1∶1快速成形件等作為輔助措施來快速檢測鈑金件的尺寸，并進(jìn)行可行性和有效性的技術(shù)分析和探索。

關(guān)鍵詞：鈑金件；檢具；快速檢測

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-09-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.022

1 前言

鈑金件是一種較薄的金屬件，若是批量生產(chǎn)，則多采用模具冷沖壓成形。模具加工質(zhì)量和材質(zhì)性能直接影響鈑金質(zhì)量，因此在使用過程中的磨損也會導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。而不合格產(chǎn)品對后續(xù)焊接或安裝會產(chǎn)生不利影響，因此鈑金件尺寸檢測是當(dāng)前控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。鈑金制造工序多、速度快，實(shí)現(xiàn)快速檢測尺寸，不僅有利于降低不合格數(shù)量，還有利于減小模具調(diào)試周期和零件驗(yàn)收效率等，對整個涉及鈑金的行業(yè)有著積極的影響。

2 鈑金件尺寸常用檢測方法

2.1 專用檢具測量

鈑金由于其厚度較薄，需要固定起來檢測才穩(wěn)固，因此在開發(fā)制作鈑金模具時也同步進(jìn)行檢具的開發(fā)。單獨(dú)鈑金零件檢具根據(jù)零件大小分為不同的種類，如手掌大小的鈑金通過磁力即可支撐在檢具上，而較大易變形零件則需要手動夾頭進(jìn)行輔助固定。檢具和模具都是根據(jù)數(shù)模1∶1加工出來的型面，包含零件孔位、輪廓、型面等特征。為在制造過程中減少缺陷零件的產(chǎn)生，需要使用測量工具根據(jù)檢測表進(jìn)行對應(yīng)的尺寸檢測。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了檢測零件相對理論值的偏差，質(zhì)檢人員一般都配備了一套間隙尺和小鋼直尺來測量間隙和輪廓。

檢具首次使用時應(yīng)多次測量，通過其波動值以驗(yàn)證檢具的穩(wěn)定性和可靠性。正常測量時，根據(jù)檢具基準(zhǔn)塊厚度選擇對應(yīng)間隙尺，通過測量零件邊緣與檢具支撐面間隙來判斷零件的變形程度，通過直尺測量零件邊緣與檢具上的理論輪廓線來判斷輪廓是否存在超差。該檢具一般有兩套，分別放置在供應(yīng)商和客戶兩處用于生產(chǎn)零件和來料的質(zhì)量檢測。但是，這種檢測方法的測量點(diǎn)局限于邊緣，并不能真實(shí)反映零件合格率，雖然得到了廣泛使用，但可靠性和準(zhǔn)確性一直被業(yè)內(nèi)人士所詬病。

2.2 三坐標(biāo)機(jī)械臂測量

大多數(shù)鈑金件下一工序用于焊接，尤其是點(diǎn)焊，其位置不在零件邊緣，一般離邊緣20 mm左右。為保證焊接質(zhì)量，要求鈑金件焊點(diǎn)位置所在面要平整且公差較小，否則焊接過程中易產(chǎn)生變形和火星，進(jìn)而影響焊接總成件尺寸。除了焊點(diǎn)位置，有時還需要對鈑金件形位公差、平面度、位置度、孔距等進(jìn)行分析測量。因?yàn)榱慵趯?shí)際生產(chǎn)過程中很難保證所有配合面和基準(zhǔn)都在正常公差范圍內(nèi)，所以需要借助便攜式三坐標(biāo)測量設(shè)備對鈑金件邊緣以內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行精確測量。

這種測量方式以支撐檢具的基準(zhǔn)為參考對零件表面進(jìn)行測量，并通過計(jì)算機(jī)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)自動生成測量數(shù)據(jù)和分析報(bào)告，有利于精確判斷零件質(zhì)量。但需要專業(yè)人員操作，同時手工測量打點(diǎn)根據(jù)檢測報(bào)告和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，不能全方位反饋整個型面的變形情況［1］。且需要將檢具搬運(yùn)至專用測量間，檢測耗時較長，多用于深度尺寸分析。此外，這種方法也是檢測檢具是否合格的常用手段。

2.3 三維掃描測量

在機(jī)械關(guān)節(jié)臂基礎(chǔ)上，不使用三坐標(biāo)精度探頭，而采用激光掃描設(shè)施，就可三維采集鈑金件點(diǎn)、線和面等相應(yīng)測量數(shù)據(jù)；再將掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與理論數(shù)模進(jìn)行比較，即可全方位直觀地查看零件的尺寸質(zhì)量。這種測量方式借助軟件能輕易獲取整個產(chǎn)品尺寸狀態(tài)，而且激光光線也不會對產(chǎn)品造成損傷，但是根據(jù)其測量精度，設(shè)備成本較高，一般用于逆向開發(fā)工程和重要且復(fù)雜的零部件測量。雖然該方法不需要檢具固定，但需專業(yè)硬件和軟件支持，要求專業(yè)技術(shù)人員操作，且不適于自然狀態(tài)易反彈變形鈑金件檢測。

2.4 工業(yè)相機(jī)視覺測量

工業(yè)相機(jī)視覺檢測技術(shù)又稱影響測量法，是一種非接觸式測量方法。通過數(shù)字相機(jī)或攝像頭等拍攝零件圖像，再由計(jì)算機(jī)圖像處理軟件獲取零件信息，并與理論數(shù)模進(jìn)行對比分析，可有效檢測鈑金件的尺寸、表面缺陷、字符標(biāo)識以及噴涂質(zhì)量等。該方法廣泛用于鑄造和鍛造高溫行業(yè)以及電子元件等領(lǐng)域，但其檢測范圍與相機(jī)的分辨率和精度有關(guān)。此外機(jī)器視覺還能實(shí)現(xiàn)3D掃描，呈現(xiàn)整個鈑金件的三維數(shù)據(jù)，但是由于專業(yè)相機(jī)需要燈光的支持，一般設(shè)置在流水線專用檢測工位進(jìn)行在線檢測。這種檢測方法效率較高，可實(shí)現(xiàn)自動化檢測，但由于利用光學(xué)原理，需要專業(yè)設(shè)備支持，成本較高，運(yùn)行前需要調(diào)試驗(yàn)證才可運(yùn)行，且由于光學(xué)鏡頭識別范圍有限，適用鈑金件尺寸也較小。

2.5 不同檢測方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

表1所示為不同檢測方法的比較。可以看出，不同檢測方法適用于不同的場景和需求，企業(yè)需要根據(jù)自身的生產(chǎn)需求和實(shí)際情況選擇合適的檢測方法。雖然傳統(tǒng)檢具仍是目前市面上主流檢測方式，但是需要結(jié)合其他手段彌補(bǔ)檢具的不足。

3 鈑金件質(zhì)量控制的相關(guān)問題

3.1 鈑金件質(zhì)量不合格表現(xiàn)

鈑金件根據(jù)大小采用不同的沖壓工藝和模具制作而成。由于鈑金件會發(fā)生塑性變形，在拉伸過程中易出現(xiàn)開裂和起皺重大缺陷。同時由于模具磨損，容易使零件發(fā)生尺寸超差、邊緣毛刺以及表面壓印、拉痕等常規(guī)缺陷。鈑金零件因厚度較薄、強(qiáng)度有限，在搬運(yùn)和裝夾過程中也易變形。這些表面缺陷大多靠肉眼識別，而尺寸缺陷只能靠檢測工具進(jìn)行測量。

3.2 鈑金件質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)

鈑金件從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)要經(jīng)過試制、驗(yàn)證、優(yōu)化等多個階段，而對應(yīng)的模具制造質(zhì)量也分不同階段來提升。為保證總成產(chǎn)品質(zhì)量，單個鈑金件也需分階段檢測。需注意的是，較大鈑金或型面復(fù)雜鈑金，100%合格率很難達(dá)到，但并不代表總成件合格率較低。因?yàn)榇蠖噔k金件在焊接過程中會發(fā)生焊接變形，調(diào)整焊裝夾具和焊接順序也有利于控制總成質(zhì)量。從后續(xù)焊接工藝質(zhì)量分析可知，鈑金件質(zhì)量控制的關(guān)鍵為基準(zhǔn)要素和焊點(diǎn)所在的法蘭面。將這兩個關(guān)鍵點(diǎn)控制到位，焊接總成的合格率就易達(dá)標(biāo)。

3.3 鈑金件單件合格與總成不合格矛盾問題分析

從焊接總成角度分析來看，容易出現(xiàn)單件合格而總成件不合格的問題，原因是尺寸工程設(shè)置不合理、夾具工裝的等影響，以及人為因素。這種人為因素是上文測量方式“漏洞”造成的。通過圖1可知，檢具間隙尺測量的間隙為邊緣值，不代表法蘭面關(guān)鍵點(diǎn)2的間隙值，從圖示可看出法蘭面與檢具支撐面并不平行，除了本身可能反彈外，另一個人為原因往往是供應(yīng)商為了“造假”，通過硬掰等手段促使邊緣處間隙值合格。這種人為處理過的產(chǎn)品雖然紙面上記錄數(shù)據(jù)合格，但用于焊接或裝配時容易出現(xiàn)總成零件不合格現(xiàn)象。這種矛盾雖然理論上不太可能，但正是因?yàn)楹更c(diǎn)位置離邊緣有一定距離，導(dǎo)致傳統(tǒng)檢具人工測量的值無法準(zhǔn)確說明鈑金真實(shí)狀態(tài)。由于鈑金制造行業(yè)存在按節(jié)點(diǎn)交付合格率的指標(biāo)要求，供應(yīng)商因時間有限，時?！霸旒佟?，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)紊亂，給后續(xù)工作帶來麻煩。

4 鈑金件尺寸快速檢測非常規(guī)措施

4.1 卡規(guī)或卡板檢測

鑒于上文提到的傳統(tǒng)檢具弊端，鈑金件檢具在發(fā)展過程中也在不斷的改進(jìn)，其中最重要的就是界面卡板，該卡板一般放置在零件上方，便于測量型面重要位置的尺寸，如圖2所示，有時也設(shè)置在靠近邊緣的型面旁。

由圖2可知，卡板作為輔助工具通過轉(zhuǎn)動來檢測面上的尺寸。如果將卡板作為一個獨(dú)立的檢測工具，即選擇重要截面來制作卡規(guī)，就能專門測該截面質(zhì)量狀態(tài)。這種卡規(guī)材質(zhì)要求沒有檢具高，使用方便，能快速檢測某一截面的尺寸是否合格，但不能確保整件尺寸合格。該卡板可用于量產(chǎn)后來料抽檢，因?yàn)榱慨a(chǎn)后模具基本定型，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。用此種檢測方法可大大提高檢測效率，節(jié)省質(zhì)量部門人力，但是不適合自然狀態(tài)反彈的零件。

4.2 復(fù)形標(biāo)準(zhǔn)件檢測

卡規(guī)可單獨(dú)使用，卻不能用于整個型面檢測。因此如果將理論模型按1∶1制作出來作為基準(zhǔn)參考，通過鈑金件疊加效果來快速觀測零件質(zhì)量狀態(tài)，不僅可提高檢測效率，而且還能快速識別人為“造假”零件。考慮到很多行業(yè)在產(chǎn)品試制時，通過激光切割和3D打印等技術(shù)可快速制造成型標(biāo)準(zhǔn)件，以提前驗(yàn)證整個產(chǎn)品性能，因此早期這種標(biāo)準(zhǔn)件由于形面跟理論數(shù)模較一致，可作為質(zhì)檢的參考量具。通過疊加重合度來檢測零件局部或整體變形情況，該方法不需要制作檢具，且快速成型件可為塑料制品，保存時間長。可通過噴涂顏料以肉眼觀察復(fù)形標(biāo)準(zhǔn)件與零件的干涉和間隙來快速判斷整個形面質(zhì)量狀態(tài)。該方法適合快速粗檢，不能提供具體數(shù)值，是一種依靠經(jīng)驗(yàn)來快速衡量零件是否合格的重要量具，在模具制造行業(yè)廣泛應(yīng)用。

此檢測方法在設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)上成本較低，且制作周期短，操作方法便捷。在鈑金制作模具型面研配時，是必不可少的手段。并且在分析鈑金回彈上也有幫助，由于鈑金件反彈無法避免，而通過標(biāo)準(zhǔn)件貼合比對測出反彈量，可為后續(xù)回彈補(bǔ)償和整形提供參考依據(jù)。但需注意，該方法需建立在重疊度較好的簡單平整型面上，不適合側(cè)面凸起以及翻邊較多的復(fù)雜零件檢測，有一定局限性。

4.3 匹配件模型檢測

單個鈑金件最終要與其他零件相匹配，實(shí)際裝配中只需總成件合格，即使單個零件尺寸有差異，也是可以接受的。因此逆向思維，將與單個鈑金件相匹配的其他零件局部制作成模型檢具，并放到檢具上，可快速檢測匹配間隙等尺寸。這種方式在汽車行業(yè)往往只有主機(jī)廠才有類似功能的總成檢具。這種措施可在傳統(tǒng)檢具保留基準(zhǔn)定位功能基礎(chǔ)上，再新增匹配的面特征，如焊接法蘭面。如圖2所示，將與鈑金配合周圍零件的匹配面特征提取出來制作成檢測塊，通過轉(zhuǎn)動或安裝固定來檢測與單個零件之間的配合間隙或其他尺寸。在汽車行業(yè)，這種檢測方式多用于檢測內(nèi)外飾等車身附件，當(dāng)然也可以檢測車身上其他小鈑金件。

5 結(jié)語

沖壓鈑金零件廣泛應(yīng)用于汽車、家電、機(jī)加等行業(yè)，而為了提高市場競爭力，各行業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，勢必要求鈑金件從開發(fā)、尺寸檢驗(yàn)到批量生產(chǎn)減少周期和降低成本提高效率。傳統(tǒng)鈑金檢測工作由人工協(xié)同操作，且定制的檢具準(zhǔn)確性和效率不足；而三坐標(biāo)、掃描儀和視覺技術(shù)雖然精度和效率方面都較高，但中小型鈑金零件利潤薄、性價比低，鮮有企業(yè)使用。因此，本文提出的基于傳統(tǒng)檢具，使用卡規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)件和匹配塊等措施可作為快速檢測的輔助方式，具有較大的優(yōu)勢和意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李歡迎.一種新型多功能沖壓件檢具研究[J].鍛造與沖壓，2023（2）：54-56.

作者簡介：

楊磊，男，1984年生，工程師，研究方向?yàn)楣I(yè)機(jī)器人、新能源汽車和智能移動汽車研發(fā)、調(diào)試和培訓(xùn)。