汽車檢具關鍵技術的研究

牛磊

浙江交通職業技術學院 浙江省杭州市 311112

1 引言

一輛汽車包含上萬個零件，如何保證這些零件幾何尺寸和公差滿足設計要求，這關系到零件的裝配和汽車的性能。一方面可以通過提高零件的加工精度來保證其尺寸和公差，但是這會增加加工成本；另一方面可以適當降低加工精度，從而降低加工成本，但是，這就需要對零件的尺寸和公差進行監控，確保其幾何尺寸和公差滿足設計要求。對于小批量生產的零件可以通過三坐標測量儀來檢測零件幾何尺寸和公差。對于大批量生產零件，可以開發專用檢測工具來檢測，即檢具。

[1]汽車檢具是一種用于檢測汽車零部件產品特征是否符合設計標準的專用檢測工具，為非標準定制化產品。目前，大多數汽車零部件供應商采用汽車檢具來監控零件幾何尺寸和公差，汽車主機廠主要采用汽車檢具來驗收供應商供給的零件。汽車檢具的廣泛使用，使得其成為車企及其供應商質量水平的一種象征，同時，汽車檢具成為目前研究的一個熱點。

2 國內外研究現狀

通過各類文獻檢索，汽車檢具技術的研究情況綜述如下[2-6]。

王書春針對汽車檢具專用性和低效率的設計方式，提出一種基于BP 神經網絡算法的檢具變形設計方法，開發了基于MBD 模型的汽車檢具智能設計平臺。高杰利用電容式傳感器構建快速檢測檢具，并采用快速檢測檢具對產品面差進行快速反饋式檢測，建立產品型面數據快速高效的檢測方式。程齊提出了基于MBD 模型檢索的汽車檢具快速設計思路，并結合多種技術，開發了一套汽車檢具設計系統，推動汽車檢具設計更加自動化、智能化。

R.Fritzsche 針對車身生產中夾具手動設置轉化為自動化情況，開發出調整模塊，使得每個夾緊點通過算法和現代人工智能方法精確定位，確保精確的測量。ZK Yun等人簡要論述了汽車檢具的應用及 UGNX二次開發平臺，并在VS.NETe 中利用UG研發出汽車檢測夾具KBE 設計系統，保證了汽車檢測夾具的自動化以及智能化設計，并通過具體實例測試了系統中的各項功能。

綜上可知，雖然國內外在汽車檢具的研發方面取得一些成果，但是，汽車檢測中一些重要問題還沒有解決，汽車檢具的關鍵技術還有待研究。比如，汽車檢具的自動化程度不高，未形成組合化和參數化[1]；某些“特殊孔”采用檢具檢測從理論上幾乎無法檢測，只能依靠三坐標檢測，即便設計出檢具，但是檢測效果差[7]。

3 本文研究的重點分析

本文針對上述汽車檢具關鍵技術中的一項進行研究，即某些“特殊孔”的檢測技術的研究，總體研究內容如下：

在汽車零部件的孔位置檢測時，一般采過檢測銷來檢測。按照常規檢測銷的設計方法：檢測銷的檢測軸直徑d 等于待檢測孔的最大實體尺寸Dmin 減去孔的位置度T，即：d=Dmin-T。但有時候孔的位置度T 和孔徑相差很小，甚至位置度大于孔徑。此時，按照常規檢測銷的設計方法，檢測銷的檢測軸直徑d（d=Dmin-T）很小，甚至為負值。這樣就帶來以下問題：

檢測銷的檢測軸直徑d 很小，檢測時很容易碰斷。檢測銷的檢測軸直徑d 為負值，現實中是不可能，無法設計。

針對上述問題，一些企業在檢測時不再采用檢測軸來檢測，而是采用三坐標檢測，這種檢測方式效率低、成本高，無法滿足批量檢測的要求。

專利CN110579152A 中“特殊孔”指的是第三CCB 安裝孔3，其檢測方法為，第三CCB 安裝孔3 的位置度和孔徑相差很小，若按照常規檢測銷的設計方法，檢測軸的軸徑（第三CCB 安裝孔3 的最大實體直徑減去第三CCB 安裝孔3 的位置度）很小，檢測時檢測軸容易碰斷。因此這里提供一種新的檢測銷的設計方法，如圖1 所示，即檢測銷軸44 的軸徑等于第三CCB 安裝孔3 的最大實體直徑，第三檢測孔431 的孔徑等于第三CCB 安裝孔3 的最大實體直徑與位置度之和。當檢測銷軸44 插入第三檢測孔431 時，軸相對于孔的浮動量正好是第三CCB 安裝孔3 的位置度大小，所以只要第三CCB 安裝孔3 的位置在位置度范圍內，檢測銷軸44 通過第三檢測孔431 就能插入第三CCB 安裝孔3 中；反之，第三CCB安裝孔3 的位置在位置度范圍之外，就不能插入第三CCB 安裝孔3 中。

圖1 專利CN110579152A 檢測示意圖

專利CN110579152A 中指出的方法，從幾何尺寸與公差的原理來分析是一種創新，理論上正確，在實際檢測中需要測銷軸44 與第三檢測孔431 軸線始終保持平行，這樣才能符合幾何尺寸與公差的原理要求，與理論一致，但是，保持上述軸線始終平行，在實際操作中很難實現。當第三CCB安裝孔3 位置度比較大時，此時根據專利CN110579152A 的檢測方法，檢測銷軸44軸徑與第三檢測孔431 孔徑相差較大，導致檢測銷軸44 與第三檢測孔431 的配合間隙大，也就是孔銷浮動大，孔銷傾斜大，喪失檢測意義，檢測失真。

本文對上述汽車檢具關鍵技術進行研究，實現技術突破。

4 技術方案總體設計

為解決上述目的，本文設計一種檢測銷機構，總體技術方案：一種檢測銷機構包括底座、檢測銷、檢測塊、圓柱把手。檢測銷的檢測軸直徑d 等于待檢測孔的最小實體尺寸Dmax 與待檢測孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測時，檢測軸的端部如果能完全蓋住待檢測孔，說明待檢測孔的位置偏移量在位置度T 范圍內，則判定孔的位置合格，否則為不合。檢測塊采用透明的材質，比如透明的有機玻璃，便于透過檢測塊觀察檢測軸的端部是否能完全蓋住待檢測孔。同時，檢測塊可檢測待檢測孔所在面的輪廓度。

5 具體方案設計

如圖2 所示，本文設計的檢測銷機構，包括底座1、檢測銷2、檢測塊3、圓柱把手4。

圖2 檢測銷機構示意圖

如圖3 所示，底座1 上設有D 形導向孔11，檢測塊3 上設有中心孔31，圓柱把手4上設有中心孔41

圖3 檢測銷機構分解圖

如圖4 所示，檢測銷2 分為三段：D 形導向段21、圓柱固定段22、檢測軸23。

圖4 檢測銷示意圖

5.1 檢測銷機構的配合關系如下

如圖3 所示，檢測銷2 的D 形導向段21 穿過檢測塊3 的中心孔31，直至中心孔31 與圓柱固定段22 過盈配合，這樣檢測塊3 就固定在檢測銷2 上。然后，檢測銷2 的D 形導向段21 繼續穿過底座1 上的D 形導向孔11，D 形導向段21 與D 形導向孔11間隙配合，實現檢測銷2 沿導向孔11 軸線方向的移動。然后，D 形導向段21 與圓柱把手4 的中心孔41 過盈配合，這樣圓柱把手4 就固定在檢測銷2 上。

通過以上的裝配操作，就形成了圖2 所示的裝配狀態。

5.2 檢測銷機構檢測設計要點

根據幾何尺寸和公差的規則，檢測軸23 的直徑d 等于待檢測孔的最小實體尺寸Dmax 與待檢測孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測時，檢測軸23 的端部如果能完全蓋住待檢測孔，說明待檢測孔的位置偏移量在位置度T 范圍內，則判定孔的位置合格。否則為不合格。檢測塊3 采用透明的材質，比如透明的有機玻璃，便于透過檢測塊觀察檢測軸23 的端部是否能完全蓋住待檢測孔。

當待檢測孔所在的面需要檢測面輪廓度時，利用檢測塊3 實現。這時，檢測軸23的長度記為L。也就是檢測軸23 端部與檢測塊3 之間的軸向距離為L。

5.3 檢測銷機構的檢測方法

圖5 有一個汽車零件（僅僅展示其局部視圖）。首先把零件定位、夾緊在檢具上（檢具圖未示），檢測銷機構固定設置在檢具的相應位置上。

圖5 檢測銷機構檢測零件時的示意圖

待檢測孔位置度檢測：手持圓柱把手4，將檢測銷2 推至待檢測面，目測待檢測面上無待檢測孔，即，檢測軸23 的端部完全蓋住待檢測孔，則為合格。否則為不合格。

待檢測面的面輪廓度（輪廓度值為F）檢測：手持圓柱把手4，將檢測銷2 推至待檢測面，用通止規或塞片尺測量待檢測面與檢測塊3 之間的間隙。間隙數值在L-（F/2）到L+（F/2）范圍內則為合格，否則為不合格。

6 總結

本文對汽車檢具關鍵技術中的一項進行研究，即某些“特殊孔”的檢測技術的研究。常規檢具的檢測方法是：檢測銷同時通過導向孔和待檢測孔，即表明待檢測孔合格，否則不合格。這種方法已經不能滿足本文的要求。因此，根據尺寸工程的規則，結合檢具設計的原理，對常規檢測方法進行創新，設計出新的檢測方案，新的檢測方案采用“轉換檢測”的思路，檢測銷的檢測軸直徑d 等于待檢測孔的最小實體尺寸Dmax 與待檢測孔位置度T 之和，即：d=Dmax+T。檢測時，檢測軸的端部如果能完全蓋住待檢測孔，說明待檢測孔的位置偏移量在位置度T 范圍內，則判定孔的位置合格。否則，不合格。

本方案設計巧妙，檢測有效。解決了按照常規檢測銷的設計方法帶來的弊端，不僅可以檢測孔位置度，還可以檢測面輪廓度。

本文研究成果可以推廣到汽車主機廠和汽車零部件供應商，一方面可以提高其尺寸工程的設計水平，另一方面可以增強其檢具設計的能力，從而提高生產效率和提升零部件的質量，保證車身尺寸精度及整車品質，進而提升汽車安全。