重视汽车检测新技术

第十五届汽车检测年会已经闭幕。纵观这次盛会，验证了这样一个事实，即：检测领域中的新技术、新产品和各种创新意识，其生命力只能源于生产实践的检验。
A look back at the 15th National Automobile Inspection Technology Annual Conference in China suggests that new inspection technologies, new products and innovative concepts can only survive after they are put into use in actual production environments.

生产实践的检验提升了检测新技术的价值

发动机制造中“2微米工程”应用实践的启示

利用光学干涉3D成像原理对被测表面进行精密检测，又称“全息摄影测量”，是一项新技术，但在国外汽车工业已有成功应用。推出这一项技术和相关产品的（美）科惠力公司近几年来曾作过数次宣讲，还为某高校提供了一台样机，但影响不大。自2010年初起，位于广西柳州的上汽通用五菱、上海交通大学以及（美）科惠力公司联合组成了产学研工作团队，确立“发动机制造两微米”项目，以探索生产过程中关键尺寸、形位公差对产品的影响，及零部件制造精度与性能匹配的关系，而上述光学干涉3D成像的高精度平面测量技术（也称ShaPix）成为采用的主要手段。

图1 ShaPix测量的基本原理

ShaPix的基本工作原理见图1，它是利用激光反射后感受波携带有被测表面高度信息，将干涉图像转换生成3D高度图来表示被测零件的表面状态。与CMM这一熟悉的测量手段相比，在分辨率相同（均为0.1mm）的情况下，它能更准确、直观、快速地表达实时检测的结果。图2是对缸体表面的测量，显现其几个缸套端面存在微微突起的情况。上汽通用五菱的代表通过几个生动、成功的应用实例反映了开展“2微米工程”项目以来所取得的实际效果，如对有较高工艺要求（平面度﹤0.05、Ra0.8）的缸盖底面因接刀等原因导致工件表面凸起、部分区域粗糙度超差等问题。但经ShaPix的直观检测，较快地寻找出了相关影响因素，有针对性地做了工艺改进，产生了明显的效果（图3a为改进前，图3b为改进后）。

图2 缸体上平面的测量结果示意

图3 参照检测结果，改进工艺后的加工效果示意

“高处不胜寒”不再，工业CT已更多地用于实际生产

工业CT是一种目前最先进的无损检测技术，但目前在国内的使用面很窄。不过这种情况在近几年已有了明显的改变，本次年会上，先后有（美）北极星成像公司和（德）依科视朗射线公司介绍了这项产品技术，尤其是向大家展现了在越来越多的企业中获得了成功应用这一事实。

图4 工业CT的基本工作原理

图5 全功能CT系列（左）和紧凑型CT系列（右）的示例

工业CT的基本结构包括射线源、前后准直器、探测器、机械扫描装置、电子学系统与接口、计算机及外围设备、射线防护措施等，见图4所示。它能在对被测物无损伤的前提下以二维断层图像或三维立体图像的形式，快速、清晰、准确、直观地对工件内部的结构、组成、材质、缺损状况及内部尺寸进行测试。随着用户对产品质量要求的不断提高，国内外企业界对X射线检测及计算机断层扫描的需求日益增长，而为了减轻“高处不胜寒”的实际情况，各厂商开发了性价比更高，针对性更强的经济型（又称“紧凑型”）的工业CT Compact。相比价格昂贵的全功能CT系列，紧凑型CT采用集成式铅房设计概念，占地面积小，根据被测工件的实际情况，X射线源选用小焦点、450kv和线阵列探测器，从而为中小企业提供了既能快速获得准确、全面测试数据的最佳手段，又取得高性能、高性价比的经济效果。事实上，相比少数如一汽大众、上海大众等大型企业所配备的全功能CT（见图5左），CT.Compact（见图5右）的花费仅为其40%左右，它特别适合检测中小型尺寸的各种铸件。轮毂、轮胎行业是汽车工业的重要组成部分，企业对其产品内在质量进行严格控制均极为重视，但出于经济上的考虑，目前国内采用工业CT作为检测手段的企业还很少。本届年会上，“戴卡华舜”介绍了一种较为经济的采取X射线实时成像全自动缺陷识别的新方法：多级修正中值过滤，通过X光连锁检测进行缺陷预防和铸造过程修正。图6是x射线连锁检测原理图，图中由屏幕显示的图像已经被加工成为可由ADR（自动缺陷识别）处理和评估的可视体。nextpage

图6 X射线连锁检测原理图

光学测量的应用水平和覆盖面不断提升

图8 白光检测替代传统坐标测量方式的示意图

本届年会上，不少用户通过自身的生产实践，折射出在这一方面的应用水平和范围的不断提高和扩大，以及在促进生产、改善质量方面显现的价值。首次参加检测年会的“柳州五菱柳机动力”在会上介绍了如何在工件质量检验中应用激光扫描以提高检查的质量。他们在三坐标测量机的PH10测座上连接了激光测头，消除了原来接触式方法在测量时存在死角，多片测量数据拼合复杂、拼合精度低的缺点。而通过点云数据采集和处理，采用自动最佳拟合对齐等四种方法，以及利用图形化的参考、偏差色谱图等手段，更可以直观地看出被测工件与数模尺寸、形位存在的差异。图7a和b分别是机构扫描的原理示意图和测头在CMM上的安装图。上汽通用五菱则除了在大会上做了关于发动机制造中的“2微米工程”的报告外，又向来自全国各地的代表介绍了在整车生产中应用Hexagon（海克斯康）白光测量系统的案例。他们指出，传统的坐标测量机虽然成熟，也有不少优点，但存在一些明显不足，如工件检测时将依赖专用的固定测量支架，单个零件的状态并不代表装配状态，发生问题时如何从上往下查找原因等等。而白光测量技术的完美介入，很大程度上弥补了上述不足，图8是一幅形象的替代图。由于白光测量具有高精度、覆盖面大、可产生更多的检测数据、便携、适应车间环境、更加强大的动态、快速、尺寸分析能力，因此在应对一些棘手的质量分析、测试问题时显示了其优越性。他们列举了如何寻找轿车关门力过大的根源的案例，给大家留下十分深刻的印象。

图7 激光扫描测量工作原理图及安装于坐标测量机上的激光探头

机械工业第九设计研究院介绍了已在国内汽车制造业渐渐获得越来越多应用的激光在线检测技术，并指出，随着这项技术已实现国产化，工艺投资降低，而其对白车身生产过程的质量监控又相当明显，因此有广阔的发展前景。在为大会提供的报告中例举了在近10年里先后建成的“华晨中华轿车”、“一汽捷达轿车”、“一汽解放卡车”等几条有代表性的生产线，它们均为固定式激光视觉（CCD）传感器结合图像处理软件和计算机控制系统对白车身进行100%的检测。图9是一汽大众捷达轿车的车身生产线的应用实例，激光在线检测装置设置在前风窗口工位，检测时间为16s。图9中的a未固定式激光在线测量设备实景，b是检测部位示意图。

图9 白车身生产线上的激光在线检测装置及前风窗测量部位示意图

图10 便携式光学CMM的实际应用

此外，（加拿大）形创Creaform在会上推出了第三代手持式光学测量仪Handy PROBE，这种被称为“便携式光学CMM”的仪器不仅检测精度高，测量不确定度在22μm以内，而且效率更高，采用无臂式装置及无线数据传输，具有自动对齐功能。它通过一个名谓C-Track的双CCD跟踪器来实现强大的三维测量，达到了整个系统时时进行自动坐标对齐的工作方式。图10是Handy PROBE的工作实例，从图中可见，在操作者手持仪器的下端有一个与被测处相接触的探头，而左后方即为C-Track。由于手持仪器仅重450g，使操作极为轻巧。

国内检测技术取得进展

创新的汽车ABS防抱死试验台的诞生

由烟台光宇汽车设备科技有限公司研制的“汽车ABS防抱死及通过型全自动四轮定位综合试验台”是一种可直接用于汽车厂整车生产线的高效专用设备、一种定型产品。

图11 汽车ABS防抱死及通过型全自动四轮定位综合试验台

这台设备在二个方面有所创新，一是高速动态检测ABS制动、滑行距离、车速表检验、称重（轮、轴）等。二是采用了通过型自适应轴距全自动四轮定位检测的新技术。在将传统的汽车低速检测（2.5km/h的速度）或静态检测，进而代之以更接近于汽车高速行驶状态的高速检测（30km/h 或50km/h以上的速度）之后，就实现了检测状态与汽车高速行驶状态的一致，从而能真实反映汽车高速行驶时的制动性能。由于这一先进的检测方式接近汽车的实际行驶状况，故能较好地适应汽车高新技术应用的需要。比如满足全时四驱车检测的特殊性及配备ASR或ESP防驱动轮打滑智能控制系统车辆的检验需求，从而改变了如果采用现有那种反力制动台和车速台会无法检测的现状。

“不断进取、力创领先品牌，为各行各业做出贡献”

图12 一种典型被测零件示例

民营高科技企业“天准科技”也在本届年会上展现了近年的一些新产品。其中，给人印象最为深刻的还数非接触影像检测技术，他们在原来的基础上，又拓展了单次或批量检测线距、复制测量重复性几何量、坐标摆正、图形比对和全景扫描等诸多功能。由于企业坚持从用户的实际需要出发，甚至就为其制定检测方案——称为“定制化测量”，因此近年来在技术不断取得进步的同时，客户每年也在扩大。图12是一个典型例子，图纸的被测件为精密模压铝制件。要求对其各端圆弧半径进行检测，精度为10μm。用户的要求包括对模具、首件和作为主体工作内容的过程测量，而功能方面则需具备对基本尺寸的测量、批量任务的设定，以及对测量结果进行SPC分析处理等多项。对这样一个中小企业提出的较为严苛的项目，天准科技很好地予以完成。

高性价比的量仪新产品填补了用户需求的空白

两家在国内量仪行业中较有影响的企业：无锡福瑞德和无锡迈日机器，都在会上介绍了近一、二年推出的可替代国外产品，又填补了国内用户需求空白的高性价比检测设备和量仪。nextpage

图13 连杆自动测量称重分选打标机

由无锡福瑞德研制的连杆自动测量称重分选打标机用于上海通用汽车有限公司的一级供应——上海交运动力的一条柔性连杆生产线，该生产线可同时加工四种规格的连杆。测量机（见图13）采用全自动的工作方式，流程为：加工清洗完毕的连杆通过自动输送线进入后，依次通过翻转、预判、称重、尺寸检测、打标和分选等诸多工位，最终实现连杆的所有尺寸、重量的检测及分选打标。图13的左图为检测部分，右图为分选机构。长期以来，这种整个系统较复杂的综合检验机基本上是被国外一些公司所垄断，价格昂贵，致使国内部分有需求的发动机厂或专业连杆生产企业，会由于这个原因而只能选择手工测量、称重及分组打标装置。该自主研制的设备经二年来的努力和不断改进已达到较高水平，通过合理的机械设计和调整方案，可以实现四种不同规格连杆的测量，其大头孔径最大相差可达4mm，小头孔径相差1mm，而中心距相差为8mm。在承担100%检验的情况下，这台测量机的节拍能达12s，此节拍与连续生产运行时两工件的间隔相同。此外，该机还具备SPC统计分析功能，能对每一种工件单独进行统计分析。根据用户的需要，测量机可以配有环境温度补偿装置，此时能在5°-40°之间的环境下正常工作。

图14 带深度读数的高效螺纹止通量规

图14是由“无锡迈日机器”研制的两种高效读数式深度螺纹止通量规，其最大的特点是能够方便地读出孔深的实测值，且能利用同一个量规检测不同深度的螺孔，只要是螺纹相同。无疑，此系列产品也能方便地拓展，以用于一般的光孔测量，最常见的就是配合螺纹孔的测量，检测工件的螺纹底孔。此外，这一产品具有组合式的特点，量规本体与螺纹测头呈分体结构，通过更换测头能十分方便地实现量规换型或更新。图中右方的一种采取的是微分筒刻度读数，而左方那种则采用了数显方式。不可否认，多年前首先是丹麦Leitech公司推出了此类获得专利的产品，并取得了以汽车行业为代表的大批量生产厂的欢迎。之后，又有几家欧美量仪厂商按这一理念自行研制了虽然相类似、但结构完全不同的产品，不过对国内的汽车生产厂而言，价格偏高始终是个问题。无锡迈日自行研制该产品吸取了各家所长，具有很高的性价比。

现场、实时、在线/在机、过程监控继续成为检测技术的热点

“现场、实时、在线/在机、过程监控”这些要素在本届年会上也得到了充分的验证。

新一代用于生产现场的便携式粗糙度测量仪的推出

图15 新一代适用生产现场的便携式粗糙度测量仪

（日）东京精密是一家知名的检测仪器厂商，而且其产品覆盖面很宽，除了主动测量、线外检具等系列产品外，三坐标、表面形状轮廓测量机在日本也是主要供应厂商，且前者在日本市场份额达50.3%，后者则达到60.4%。然而在本届年会上，东京精密着重推出的则是一款看来虽小，却深受企业青睐的新一代便携式表面粗糙度形状测量机SURFCOM FLEX。众所周知，长期以来粗糙度测量仪是作为精密仪器安放在精测室内的，但随着质量意识的转变，不少设备厂商研制了适合于单间的这类仪器，可是，真正宜于生产现场的便携式粗糙度测量仪并不简单，必须具备适应性强——应对较差的、环境各异的不同地点，易于操作——快捷、简单、易于掌握，功能丰富且具有选择不同驱动部的可变性。图15是这种小型仪器的示图，a是紧凑型粗糙度仪的驱动部，最大测量量程达50mm，而b是三种便携仪器驱动部中的一种“标准型”，另二种“退避型”和“横向测量型”。从图c可见，所配的控制器紧凑、简洁，利用按钮操作十分容易，而其中的屏幕倒是很大，所得的USB接口可进行数据通用，当然也可以用“U”盘保存数据。

在机测量/监控的系列表述

知名的意大利MARPOSS公司的产品系列同样极其丰富，在会上也介绍了其富有特色的“在机测量/监控”系列的产品，从图16a可以看出，除了右下方的示图是设计加工中或数控机床的运行状态监控外，其余均是属于对工件内、外尺寸/位置进行检测，以及实现机内对刀。这些装置有十分鲜明的特点，如采用无线信号传输系统，检测结果的发送简洁；测头中有红外测头、超小型红外测头和无线电测头等；借助双测头光学系统可用一套接收器、接口与用于对刀和测量的两种测头相配。而图16b所示的MMS机床监控系统表面，配备了温度、位移、力传感器或采取机床状态——振动或功率检测后，拥有的功能极其丰富，大大提高了运行中的机床的稳定性、可靠性和安全性。

图16 MARPOSS在机检测技术

坐标测量机走进生产现场渐成趋势

图17 坐标测量机已从精测室走向车间

Zeiss（蔡司）公司的坐标测量机产品驰名国内外，但本届年会上他们却一改过去介绍时的侧重点——精度和稳定性，重点对适用于车间现场的机型及相关案例进行了推介。图17a是一种专门为这一目的研制的机器DuraMax，它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17b是一个实际应用案例，位于“上海通用汽车”的缸体生产线是，只是采用另一种方式，此时坐标测量机被置于一个相对隔绝的小屋（机罩）内，形成了一个可控的小环境。在这种情况下，就可以选用那些通用的机型了。

生产过程监控仍为企业所重视，但更注重实用性

在本届年会收到的应征论文和大会宣读的报告中，生产过程监控仍是一个热门话题，相关论文多达6篇，且除了1篇出于高校外，均来自企业。不过，更注重实用性，而不是简单套用“经典SPC”已显然成了趋势。其中由“神龙汽车”介绍的检查记录卡就是很有代表性的一种实用方式。已被该公司襄阳工厂广泛应用于现场生产过程质量控制的记录卡有三种：“单值检查（V卡）”、“属性检查（A卡）”和“符合性检查（F卡）”。其中前二种用于单参数的分析，只是V卡跟踪的是量值，即计量特性，而A卡只是做定性的分析。F卡适合对多项参数同时监控，跟踪这些参数的公差定义的符合性。从卡的特点来看，“单值卡”具备实现报警功能，“属性卡”只能事后发现好/坏类型，而“符合性卡”在本质上也是一种适于多参数监控用的A卡。神龙汽车襄阳工厂的代表指出，在生产现场实际应用中，很少只选取一种卡单独使用，若不是采取“V卡+A卡”的模式，即为“V卡+F卡”。不可否认，纯粹从理论上讲，上述模式与SPC的规范做法似乎是有些不一致，但运行的实践表明，不但已能基本满足企业对生产过程的监控要求，而且因其简单可行，受到了车间的普遍认可并希望扩大应用范围。客观地讲，上述模式体现了通过单值卡实现过程监控，而通过属性卡、符合性卡对产品的实物质量进行控制的一种思想。