精密检测仪器在国内汽车制造业的前景分析

最近20多年来，中国汽车制造业获得了快速、强劲的发展，到2009年，中国已成为世界第一汽车制造大国。随着企业质量意识的不断加强和现代质量理念的逐步建立，尤其是进入本世纪以来，各行各业的信息化步伐日益加快，检测技术在现代制造业中的地位与作用也发生了很大变化，取得了前所未有的发展，而在以大批量生产为典型特征的汽车制造业，这一点显得尤为突出。

 

　　检测技术的发展轨迹

 

　　与其他机械加工行业一样，在汽车制造业产品生产过程的众多受控质量参数中，几何量所占的比例最大，几乎达到了70%-80%。本文以几何量测量为例，回顾检测技术伴随我国汽车制造工艺水平不断提升的发展轨迹。随着时间的推移，检测工艺与装备的演变大致有以下几种模式：

 

　　模式1：少量用于工件终检的通用量具和专用量规(通止规)，辅以配置在个别工位的浮标式气动量仪和机械式检具——这就是上世纪80年代中期以前生产线检测手段的典型状况。此外，部分企业计量室中配备的诸如万工显之类的传统测量仪器以及平台测量方面的能力，也承担了一部分几何量检测工作。

 

　　模式2：机械读数式检具、专用量规和单管/多管气动与电动量仪，再辅以位于生产线终端的少量电感式综合检验机，构成了工序间检测手段的主体。与此同时，企业开始在计(测)量室配备坐标测量机，提升了测量能力。统计过程控制(SPC)作为一个新概念，也在此时引入中国业界，并由北京吉普公司率先成立SPC小组，尝试实施这一质量管理方法。但客观地说，受到当时企业在思想认识、管理经验和硬件手段上的各种制约，SPC的应用大多流于形式，并未取得显著效果，因此，这一波热潮并未维持多久。

 

　　模式3：上世纪90年代中后期，虽然专用量规(通止规)仍然占据一席之地，但工序间检测手段的主体已变为机械式读数检具、单管/多管电子柱量仪，以及占一定比例的带有数据处理功能控制器的电感式(气电式)综合检具，而且与模式2相比，多参数半自动/自动检验机的数量更多，配置也更完善。由于控制电箱兼具一些统计分析功能，因此能方便、快捷地获取生产线的各项统计指标，包括反映过程能力的Cp、Cpk等指标，从而可以了解各相关工序的运行水平。也有一些企业采用的方式是：通过下载控制电箱中保存的实测数据，借助办公电脑中的专用统计分析软件，来获取反映工序运行质量的评定参数。

 

　　模式4：从本世纪第一个十年的中期起，呈现在人们面前的是与先进制造技术相匹配的、特点更为鲜明的先进检测技术。这些技术能较好地适应当今制造业信息化、柔性化和产品可溯源性的要求，并融合了当代的众多先进技术。

 

　　(1)工序间检测的智能化模式

 

　　除了必不可少的专用量规以外，过去长期占主导地位的直接显示式检测器具(无论是机械型、气动型还是电子型)已难觅踪迹。所有专用检测器具，包括较简单的手持式电子量规(卡规、塞规、环规等)的输出信号都被导入具有统计分析功能的计算机辅助测量仪，构成了生产现场的实时监控系统。以一个智能化工序间检测台为例，测量台上除了一些专用量规外，所有的检测结果都输入旁边的计算机辅助测量仪。这些测量仪具有很强的通用性，同时还具有综合检测必备的数据处理功能，以及实时监控所需要的统计分析功能。利用这种统计分析功能，可通过预先设置的方式，对某一项或几项被测参数进行统计分析，给出评价工序运行状态的质量信息。仪器屏幕上不但能显示实测值，而且能反映出经过数据处理后的各种统计量，以及有关的曲线、图形等。通过切换画面，不但可以方便、快捷地获取丰富的信息，还可以利用数据网络把信息送至车间乃至企业的质量控制中心。为了在更大范围内帮助各国汽车制造业实现选择面更宽、功能更丰富的质量管理及生产过程控制，德国Q-DAS公司(数据处理及系统技术公司)推出了商品化的质量管理软件，它除了具备对生产过程的监控、统计分析能力外，还拥有对测量系统、制造设备和产品的评价功能。

 

　　(2)机器视觉技术的应用

 

　　在自动识别和检测两个方面，机器视觉技术已在汽车制造业获得了日益广泛的应用。

 

　　通过应用工件识别技术，为多品种、柔性化的混线生产模式创造了条件。例如，为了在同一条生产线上同时生产多种发动机的凸轮轴，可采取在二档轴颈间制作环带标志的方法，不同的环带数和位置代表了不同类型的凸轮轴，工件在进入某道工序之前，生产线上设置的光电视觉传感器通过读取环带标志，对工件进行准确识别，然后发出相应的控制信号，对不同类型的凸轮轴执行不同的工作程序，进行相应的操作。

 

　　为了有效地实现产品的可追溯性，企业采取了在重要零部件上打二维码的方式，其中所包含的件号、批次和一些重要的质量信息经过读数头识别、采集后，送至中央监控室的服务器，再结合各总成和整车上的条形码，一旦有需要，就可以方便地查询，迅速、准确、有针对性地进行质量追溯。而读数头对二维码的解读，正是利用了机器视觉技术的图像识别功能。此外，通过读取工件上的二维码，依据其中的相关信息，还可以有效地控制生产过程。例如，在轴瓦压入发动机缸体轴承档时采用了选择装配方式，即两者都按测量结果进行分组，再一一对应地进行压装。为了提高生产效率和防止错装，在成品缸体所打的二维码中即包含了组别信息，设置在装配线上的读数头通过自动读码和信息处理发出控制信号，即可据此进行操作：首先探测缸体上缘(准确到位的标志)是否已到位，然后对活塞的有无、活塞位置的正确性、活塞顶部表面的标识和字符与安装的缸体是否一致作出判断。整个检测过程全部自动完成，只是在出现装配错误、发出报警信号时才由人工干预。而采用工件识别技术，还为多品种、柔性化的混线生产模式创造了条件。

 

　　利用CCD器件和图像处理系统，还能采取反射方式进行诸如工件表面缺陷、连杆大小头结合面破口缺损等项目的探测。目前该技术也在汽车制造业获得了成功应用，从而解决了企业采用人工目检法无法处理的工艺标准中的定量评定问题。

 

　　(3)坐标测量机(CMM)应用水平不断提高

 

　　近年来，坐标测量机(CMM)在汽车制造业的应用范围不断扩大，应用水平也不断提高，CMM已成为移入生产现场的生产测量室的主导量仪，有的还连入了生产线，成为工艺过程的组成部分，直接用于在线检测。在确保CMM测量精度的同时，更强调其很高的测量速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力，尤其是由软件提供的丰富测量功能。另外，测量机制造商在注重机型和软件的开发与改进的同时，对CMM辅助设施也十分关注。事实证明，各种辅助设施对发挥坐标测量机的效能作用极大。著名的德国Leitz公司近年研制的工件输送、装夹、定位一体化系统就是典型的例子，集成化的输送小车、滑台、专用夹具能与测量机的工作台实现无缝对接，在夹具上准确装夹、定位的工件由滑台送入CMM，即可实现快速测量，节省了辅助时间，提高了测量效率。如Sirio688测量机器人采用上述自动上下料系统，大大缩短了装夹工件的辅助时间(尤其是减少了变换不同工件的时间)，进一步强化了Sirio测量机作为动力总成“检测机器人”的高效表现。