normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">本文从微观和宏观两个方面，对以批量生产为特点的现代汽车发动机制造业中，工序间专用检具的结构特点和企业拟定检测规划、设计的角度作了较全面的分析。并通过企业的实践和若干应用实例做出说明。
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">This article gives an analysis of the inter-process dedicated detection instruments, enterprise protocol detection planning and the design angle in the volume production based modern automobile engine manufacture. Practices and application cases of enterprises are used for illustration.
检具标准化、通用化的体现
现代企业，尤其是以批量生产为特征的汽车制造业，既面临日趋激烈的巿场竞争，又需应对安全、环保、节能、降本等诸多方面越来越严苛的要求。为此，其产品和执行的工艺就必须遵循轻量化、多元化和“绿色制造”等原则，这些都将对企业在生产过程中所采取的检测技术具有导向作用，而企业所配置的检测器具的标准化、通用化就是一项重要体现。
检测器具的标准化、通用化在那些批量生产行业中体现的最为明显，概括地说，可以从微观和宏观两个方面反映出来。本文将以很有代表性的现代汽车发动机制造业为例予以分析、说明：
·“微观”主要指检测器具自身的组成和结构特性。
·“宏观”则体现在所拟定的检测工艺中，即为产品和工艺服务的检测器具的选用、相关手段的配置模式，以及企业所形成的现代质量监控理念等。
专用检测器具结构组成的新特点
从“微观”角度看，检测器具的标准化、通用化反映在：
·功能性部（组）件，如测头、电控系统和处理软件等，选用（外购）的通用件。
·检测器具自身的组成采用模块化结构，包括功能性模块、结构性模块、通用性模块等。
由功能性部（组）件构成检具已渐成趋势
如同众多其它工业产品，现今不少成熟品牌的专用检测器具已较普遍地采取由功能性部（组）件构成最终制成品的生产方式，不仅复杂的综合型检具是如此，就是看似简单的那些电子量规（卡规、塞规等）也一样。为什么生产厂家、即用户们，在设计、规划生产线的检测工艺时，往往会采用这样的一种方式（原则）呢？企业可以获得更大的选择空间，可以更充分地利用各家设备供应商的优势和特点，这些技术上的因素当然是第一位的，此外，无疑也还会有优化投资效益方面的考虑。事实上，客观地说，在当今国内外检量具业界，像（意大利）Marposs和（日本）东京精密这样规模很大的全能、技术上全覆盖的专用检测器具设备厂商是不多的，虽然它们已有较高的品牌效应和口碑，但对成熟的生产厂家、特别是对那些主流汽车发动机厂之类的企业更不会仅以此为依据。
图1就是一个典型案例，这是位于某现代汽车发动机厂一条生产线工序间的检测工位，从图中可见，其主体是一台复杂的综合型检具。用户在制定检测工艺时就执行了如下原则：对于产品中的旋转类零件（指曲轴、连杆、凸轮轴等），一律选用（意大利）Marposs公司的检测设备器具，且全部、即各组成单元无一例外地均选用该公司的。而对于发动机中的箱体类零件（如缸体、缸盖、罩壳等），则采取了选用由功能性部（组）件构成检具的模式，整个检具的设计、制造由（德）Fridrich公司承担，而用户明确要求，检具所配的测头（电感传感器）和电控系统必须是（意大利）Marposs公司的，电控系统中的数据处理软件则规定采用（德）Q_DAS公司的q_STAT。 事实上，类似情况在不少企业都有，如位于某汽车变速器厂一条生产线的箱体类综合型检具，虽然也是（德）Fridrich公司的产品，但检具所配的测头是英国一家专业公司生产的电感传感器，所配的电控系统则是（德）Promess公司的产品，数据处理软件也是它提供的。
图1 由功能性部（组）件构成的组合型综合检具
很明显地，在以上这项检测器具标准化、通用化的运作中，生产企业、如上述那类以汽车动力总成工厂为代表的用户，乃是处于主导地位的，而检量具业界的专业分工则提供了条件。
检测器具的设计、制造采用模块化结构
在专用检测器具的设计和生产中，贯彻、实施模块化结构的理念，早在上世纪九十年代中期就已出现了，并在以知名的（意大利）Marposs公司为代表的一些检量具供应商的产品中得到了充分体现。但完全不同于上一节里涉及到的那类功能性部（组）件，这儿所指的模块化结构纯粹为组成专用检测器具—无论是较复杂的综合型检具还是简单的电子卡规或塞规等—的基础单元，包括直角转向机构、弹性体（相当于早期采用的平型簧片机构）一类的功能性模块，底座、支架一类的结构性模块，以及测头夹持器、定位支点（座）一类的通用性模块。顺便提一下，另外还有不少相当重要的部件装置则完全采用成熟的外购件，例如像导轨、气缸、发信器等，这些均未包含在上述模块化组件内，但本质上作用相同。图2是一组实例，那是被称为Quickset的一种轴类零件多参数综合检具，完全体现了模块化结构的设计、生产原则。图2中的a为一台已组装完毕的用于汽车变速器内驱动轴的多参数综合检具，而图2b则是藉助多种模块化组件构成检具的示意图。显然，对如图1那样的箱体类零件多参数综合检具，也同样采用了模块化结构的设计理念，只是在做法和基本组件的构成上会与轴类零件综合检具有些不同。
图2 Quickset轴类零件模块化多参数综合检具示意
近年来，伴随着以三坐标测量机为代表的通用化设备越来越多地应用于生产现场的工序间检测，针对各异的、甚至差别极大的被测零件，必须配备有相应的测量支架，因为众所周知，可靠的、稳定的装夹和定位乃是CMM准确测量的基础。类似于专用检测器具的设计、制造，通过采用模块化结构，不但大大缩短了组成一台专用测量支架的时间，且显著地降低了生产成本，图3 b就是一个很有代表性的案例，测量支架装夹的零件是发动机中的连杆，图3a则是构成测量支架的组件。然而，从技术角度来看，与前述模块化结构的检具组成相比两者还是有很大差别的，它其实应称为积木式或拼合式结构。用户经过一段时间的简单培训和经验积累，完全可以自行构思、组成所需要的专用测量支架。图3a所示的是一家知名供应商，（德）Witti公司的产品，除了其组件单元齐全、构建过程便捷外，还有二个鲜明的特点：1）制成组件的材料都为高品质的铝合金，即轻又坚硬，2）组件单元的制造精度很高，两个连接孔—无论是相邻的两个孔还是相距很远的两个孔—之间的间距公差都控制在 -0.05mm。现今，生产类似Witti公司产品的企业在国外还有多家，虽然其组件单元的形态不一样，但起的作用完全相同。
图3 Witti积木拼合式组件及连杆专用测量支架示例nextpage
企业制定检测工艺时的新倾向
从“宏观”的角度看，即在企业通过制定检测工艺，确定为产品和工艺服务的检测器具的选用、相关手段配置模式的过程中，检测器具标准化、通用化的理念主要可从以下二个方面体现出来：
·越来越多的通用类仪器设备取代了昔日作为工序间检测配置主体的那些专用检测器具。
·检测手段的柔性化，即通过那些昔日专用检具设计的演变反映出来。
坐标测量机走进生产现场渐成趋势
坐标测量机是众多通用设备中最重要的一类。近年来，那些昔日仅安放在测量室里的坐标测量机，已越来越多地被置于生产现场作为工序间在线检测的重要手段，甚至串接于生产线中成为一个工位（参见图4）。上世纪末，上海通用率先在新建的发动机车间里采取了这一方案，但真正渐成趋势还是近几年，这也是与坐标测量机技术日臻成熟有关的。一般来讲，精测室内的仪器能保持精度，很重要的前提条件就是“恒温”，多数情况下被要求为20C2C。显然，这一点即使在那些主流企业的生产现场也是难以做到的。为此，各设备厂商在已有的温度补偿技术的基础上，不断发展更有效、实用和可行的方案。由Hexagon（青岛）公司开发的机罩系统就是一例。此时，测量机被置于虽位于车间、又相对隔绝的小屋（机罩）内，参见图5。在这个“小环境”中，无论是工件进出时“窗、门”的启闭以及内部温度的设定、调节都由PLC逻辑控制。通过采用特灵（Trane）空调，机罩内的温度梯度可以达到规定的要求。在南汽名爵发动机厂的缸体、缸盖线边，就配置了多台这样的测量机。
图4 位於生产线中的一个检测工位
图5 位於车间现场机罩内的测量机
不过国外的企业多数还是采取更简单的半开放型式，这当然也与那里较好的生产现场环境分不开的。国内如大众动力总成（上海）这样的企业，也选用了此种方案。图6a是国外有代表性的大汽车生产企业提供的一个供参考的案例，作为该检测工位主体的坐标测量机是一种Zeiss（蔡司）公司专门为这一目的研制的机器DuraMax，它特别适合于车间现场，已在不少企业获得成功应用。其主要特点如下：1）结构紧凑，占用空间小，2）能够适应生产现场条件下温度变化较大的工作环境，3）从图可见，装载被测工件能从上、左、中、右四个方向进入测量机，十分便捷，4）无论是从操作者的角度还是从与生产工序的配合，都十分适合，5）具有相当高的测量精度，对于一台中等规格的机器， 其MPEEmax=2.4μm L/300。图6b是不久前刚配置在大众动力总成（上海）一条新建缸盖罩壳线边的测量机实况，选用的机型是海克斯康的Global。而在几年前的老线边，则是以一 台多参数综合检具为主体的检测工位。那么，两者相比较前者的优势体现在那里呢由于坐标测量机的通用化、柔性化程度远高于一般的多参数综合检具，因此它们无疑更适应于当代汽车工业的多品种混线生产方式。以图6b为例，相比老线仅三种被测件，它应对的将多达八、九种。检具一般只能适用某道工序，在上例中以综合检具为主体的检测工位是用于终检的。但对类似缸盖罩壳那样的复杂零件，往往还需监控某几道中间工序，而图6b中的测量机能同时为三道工序服务。
图6 适合车间使用环境的半开放式坐标测量机的方案与实例nextpage
通用类仪器设备品种日益增多
与坐标测量机相似，渐渐进入在线检具主流行列的通用类仪器还有多种，用于轴类零件的检测设备就是有代表性的一族。其中以产品形式出现的光学量仪，约于上世纪末、本世纪初推出，但逐渐被国内主流发动机生产企业所认识和接受，并真正配置在现场则还是近几年的事。图7、图8就是二种有代表性产品在车间的实景，而出现这种趋势当然不是偶然的。一般情况下，它们都是被用于曲轴在粗加工和精加工这二道工序完成以后的测量。此时不仅有径向的，还有很多轴向的尺寸参数需要抽检，此外就是一些细小部位，如倒角（现今的发展趋势是以圆弧倒角替代退刀槽），有时倒角还是由二个甚至三个圆弧组成，此时若还是采取常规方法，那是根本没法测出的。何况如前所述，企业还必须面对适应多品种混线生产的现实，正是面对这样的情况，一类藉助红外扫描和CCD影像探测原理的先进的光学量仪（见图7）和另一类以光学投影与数据处理相结合的、通用性很强的轴类零件测量仪（见图8）渐渐进入了轴类零件主流在线检具的行列。前者主要用于曲轴生产线粗加工工序后的检测，而后一类仪器多数情况下被布置在生产线的精加工工序傍，对精加工后的工件进行检测。从被检参数来看，两者基本相同，哪为什么在确定检测工艺时会作出不同选择呢？原因是出于工艺上的原因，工件在粗加工工序后的抽检频次必然高于精加工，而前面介绍的前一类光学量仪，其工作效率较后面那种要高。
图7 用於曲轴粗加工工序间检测的光学量仪
图8 用於曲轴精加工工序间检测的通用型量仪
组合型柔性检测设备
上述通用类测量设备虽然有很强的适应性和灵活性，十分适合于多品种混线生产模式这一当代汽车制造业的发展趋势，但不可否认，相比图1和图9那样的专用检测器具，它们的效率要低不少，而且对操作人员有较高的要求。因此，纵然一些通用类仪器已渐渐进入了在线检具的主流行列，也不可能完全取代专用检具。于是出现了一类既具有较好的柔性，又兼有专用检测器具较高效率的柔性检测设备。
图9 一种用於箱体类工件的专用检具
它们大致可分为这样两种，第一种成本相对较低，其方案属于“改良”性质，是在原来那些传统工位检具的结构基础上，通过配置若干夹具、辅助装置，从而在测量形状相似工件（如箱体类）的某些参数（如形位公差）时，能一个顶几个，柔性是藉助可移动的滑板和其上的多个可变换位置的测头来实现的。而第二种就带有代表性，可以统称为“组合型柔性检测设备”，这里通过两个典型案例予以说明。图10a是一台以（美）FARO公司生产的关节臂式测量机为主体的柔性检测器具，主要用于箱体类零件的测量，图中的被测件是一发动机缸盖。图10b是一台以带有单截面测量卡规的通用机器人为主体的全自动柔性曲轴检测设备，被测工件（图中为曲轴的标准件）支承在托架上。只要经过编程，该检具即可方便、自如地完成多种类型、规格曲轴的连杆轴颈、主轴颈的单截面或多截面检测（轴颈直径范围可在40-60mm之间变化）。由于是静态测量，当采用后一种方式时主要是为检验凸度，即人们常称的“巴雷线”。
图10 二种具有代表性的柔性化检测设备
