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汽车制造中的自动化检测 |
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作者：长安大学机械制造自动化系 张接信 |
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摘要：新世纪汽车工业的迅速发展，尤其是轿车工业的崛起，对汽车制造质量的检测提出了更高要求。本文分析研究了汽车心脏发动机生产中关键工序的质量检测方法。
关键词：汽车制造 自动检测
前言
100年来，汽车工业从无到有、从小到大，毫无疑问地成为各主要工业发达国家的支柱产业，为全球的经济发展、人类社会的进步作出难以估量的贡献。跨入新世纪，汽车工业仍面临巨大的发展机遇，这是因为人类迄今仍未发明一种可以代替汽车进行面上客货运输的现代化交通工具。而今现有的汽车约75%为仅占全球人口约15%的工业发达国家所拥有（1）。然而人口众多的发展中国家为新世纪汽车工业的发展提供了广阔的市场。据预测到2010年，全球汽车产量将达到7500万辆，汽车保有量将达到9.2亿辆（1）。
汽车工业在我国也面临历史性的大发展机遇。1997年我国汽车产量150万辆，保有量约1300万辆。按人口平均，每1000人仅拥有10辆，而世界平均每1000人有110辆，我国还不到世界平均水平的十分之一，因此经济飞速发展我国为汽车工业提供了广阔的市场发展空间。据预测到2010年我国汽车的产量应为600万辆（1）。巨大的汽车市场为汽车制造业提出了艰巨的任务，既生产高质量的汽车产品。
由于汽车是高消费产品，用户的购买投入巨额的费用，对汽车质量的要求异乎寻常，为此美国为保持其汽车工业在技术上处于全球的领先地位和竞争优势，从1993年开始由政府和企业共同投入和合作研制新一代市场占有率最大的轿车，称之为新一代汽车伙伴合作计划，对汽车的具体要求如下：
0至100公里/小时加速时间不大于12秒；
动力性、驾驶性、安全性、操作稳定性、舒适性、以及空调、娱乐设备、保养周期加油时间与参照车型相当；
一次加“燃料”的行程至少为610公里，使用寿命不低于16万公里；
排放应符合EPA Tier Ⅱ标准，达到2004年的要求；
油耗从参照车型平均百公里9升减至3升；
汽车材料的回收利用率从参照车型70%提高至80%；
价格保持与参照车型相当，并要求新车型能出口至世界主要汽车市场。
计划进度要求：
1997年底前完成对各种有竞争能力的技术的评估；
1998年至2000年每个汽车制造公司造出自己的概念车；
2004年汽车公司造出投产前最后一轮样车。
从这些纲要及课题中，每项都离不开生产制造，并且制造完成必须检验，符合纲要要求及产品性能指标的质量要求，可见检测在汽车制造中的地位。
生产现状
一辆汽车由上千个品种、上万个零件组成，在大批量连续生产过程中，要保证整车的技术性能和使用要求，从设计到制造过程对每一种零部件，从原材料到位、毛坯制做、机械加工、热处理过程、直至总成和整车的装配试验等的各个生产环节均需检测，可见汽车制造检测工序之繁多。
现以汽车心脏发动机为例，分析研究有关汽车制造的自动检测。
象发电机汽缸孔这样有较高要求的长圆柱孔，生产现场快速准确地测量和评价圆柱度，一直是人们研究的对象。目前多数生产厂家推行多传感器方案。为了测量信息尽可能多一些，测量仪测头外表夸大比喻就象一根玉米棒一样，外表排列着许多玉米粒似的小型传感器，其目的主要突出一个快字，因为这根测量棒放入被测缸孔后，众多的传感器测量的数据靠计算机辅助测量软件通过最佳拟合处理，定出缸孔的几何中心并计算出符合最小条件的圆柱度，打印输出轴侧投影的圆柱度误差图形，标示出峰、谷所在位置。稍有改进的是在多传感器的基础上再配以精密旋转轴，形成多点扫描测量，使测量结果更贴切反映实际圆柱度误差状况。不管是多传感器测头，还是配置精密旋转轴，均不能“及时”给出加工当时出现的问题，完全是加工结束后检测的已成形孔，相对于出问题的时间是滞后的，既是拟和后示出汽缸孔圆柱度误差超标，已是木已成舟的事情，于是我们就分析能实时反映加工现场的情况，给出加工过程自动检测机构，适合于发电机汽缸孔镗孔及珩磨工序的自动检测。
检测方案
首先考虑检测的准确性
测量的准确度包含测量精密度和测量正确度，它是两者的综合反映，简单比喻测量精密度和测量正确度示意如下：图1中图（a）测量结果比较集中，紧密度高；图（b）测量结果比较分散，紧密度低。图2中图（a）测量结果的平均值偏离中心（真值）远，正确度低；图（b）测量结果的平均值偏离中心（真值）近，正确度高。
图1 测量精密度示意图 图2 测量正确度示意图
考虑到检测现场的复杂性，工况变化的多样性，自动检测在保证同一要素多次测量的一致性前提下实施测量，与之对应的会出现复现性问题，按照美国汽车制造业近年制定并推行的GR＆R（3）方法剔除测量过程引起的复现性误差。检测系统框图如图3所示。框图中二次仪表主要是放大，精密整流等。磁带记录仪主要是为了高速记录，低速回放。该图所示只是一个方向的一路信号分析过程，其他方向各路信号的分析方法相同。珩磨测头如图4所示。
图3 检测系统框图
图4 珩磨测头示意图
1. 推杆；2.弹簧；3.奇观；4.壳体；5.油石；6.油石座；
7.锥体； 8.测量喷嘴座；9.护板；10.卡簧
特点
如图5所示，一但珩磨测头相对于理想中心线有所便移，在测压力的施加下，工件内孔通过气流的反作用力，促使珩磨测头回归理想位置，如图中虚线受力分析所示。同时解决及时反映加工质量问题并给以修正。
图5 珩磨测头气流受力示意图
参考文献：
（1） 周光召.科技进步与学科发展.中国科学技术出版社.1998
（2） 王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学.机械工业出版社.1998
（3） 王植槐.汽车制造检测技术.北京理工大学出版社.2000(end)
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(5/21/2005) |
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