鈑金件尺寸快速檢測方法分析與探索

摘要：鈑金件檢測中，傳統的檢測方法需耗費大量成本研發檢具，且檢測效率較低、可靠性不高，尤其是不能快速識別供應商手動修復的鈑金件，無法實現質量控制。盡管新型三坐標和視覺掃描等測量技術逐步推廣使用，但其性價比不高，操作便利性不足。針對這些問題，結合傳統檢測手段和新型檢測技術，提出采用斷面卡規和1∶1快速成形件等作為輔助措施來快速檢測鈑金件的尺寸，并進行可行性和有效性的技術分析和探索。

關鍵詞：鈑金件；檢具；快速檢測

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-09-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.022

1 前言

鈑金件是一種較薄的金屬件，若是批量生產，則多采用模具冷沖壓成形。模具加工質量和材質性能直接影響鈑金質量，因此在使用過程中的磨損也會導致產品不合格。而不合格產品對后續焊接或安裝會產生不利影響，因此鈑金件尺寸檢測是當前控制產品質量的重要手段。鈑金制造工序多、速度快，實現快速檢測尺寸，不僅有利于降低不合格數量，還有利于減小模具調試周期和零件驗收效率等，對整個涉及鈑金的行業有著積極的影響。

2 鈑金件尺寸常用檢測方法

2.1 專用檢具測量

鈑金由于其厚度較薄，需要固定起來檢測才穩固，因此在開發制作鈑金模具時也同步進行檢具的開發。單獨鈑金零件檢具根據零件大小分為不同的種類，如手掌大小的鈑金通過磁力即可支撐在檢具上，而較大易變形零件則需要手動夾頭進行輔助固定。檢具和模具都是根據數模1∶1加工出來的型面，包含零件孔位、輪廓、型面等特征。為在制造過程中減少缺陷零件的產生，需要使用測量工具根據檢測表進行對應的尺寸檢測。在實際生產過程中，為了檢測零件相對理論值的偏差，質檢人員一般都配備了一套間隙尺和小鋼直尺來測量間隙和輪廓。

檢具首次使用時應多次測量，通過其波動值以驗證檢具的穩定性和可靠性。正常測量時，根據檢具基準塊厚度選擇對應間隙尺，通過測量零件邊緣與檢具支撐面間隙來判斷零件的變形程度，通過直尺測量零件邊緣與檢具上的理論輪廓線來判斷輪廓是否存在超差。該檢具一般有兩套，分別放置在供應商和客戶兩處用于生產零件和來料的質量檢測。但是，這種檢測方法的測量點局限于邊緣，并不能真實反映零件合格率，雖然得到了廣泛使用，但可靠性和準確性一直被業內人士所詬病。

2.2 三坐標機械臂測量

大多數鈑金件下一工序用于焊接，尤其是點焊，其位置不在零件邊緣，一般離邊緣20 mm左右。為保證焊接質量，要求鈑金件焊點位置所在面要平整且公差較小，否則焊接過程中易產生變形和火星，進而影響焊接總成件尺寸。除了焊點位置，有時還需要對鈑金件形位公差、平面度、位置度、孔距等進行分析測量。因為零件在實際生產過程中很難保證所有配合面和基準都在正常公差范圍內，所以需要借助便攜式三坐標測量設備對鈑金件邊緣以內的區域進行精確測量。

這種測量方式以支撐檢具的基準為參考對零件表面進行測量，并通過計算機三坐標測量系統自動生成測量數據和分析報告，有利于精確判斷零件質量。但需要專業人員操作，同時手工測量打點根據檢測報告和經驗進行選取，不能全方位反饋整個型面的變形情況［1］。且需要將檢具搬運至專用測量間，檢測耗時較長，多用于深度尺寸分析。此外，這種方法也是檢測檢具是否合格的常用手段。

2.3 三維掃描測量

在機械關節臂基礎上，不使用三坐標精度探頭，而采用激光掃描設施，就可三維采集鈑金件點、線和面等相應測量數據；再將掃描得到的點云數據與理論數模進行比較，即可全方位直觀地查看零件的尺寸質量。這種測量方式借助軟件能輕易獲取整個產品尺寸狀態，而且激光光線也不會對產品造成損傷，但是根據其測量精度，設備成本較高，一般用于逆向開發工程和重要且復雜的零部件測量。雖然該方法不需要檢具固定，但需專業硬件和軟件支持，要求專業技術人員操作，且不適于自然狀態易反彈變形鈑金件檢測。

2.4 工業相機視覺測量

工業相機視覺檢測技術又稱影響測量法，是一種非接觸式測量方法。通過數字相機或攝像頭等拍攝零件圖像，再由計算機圖像處理軟件獲取零件信息，并與理論數模進行對比分析，可有效檢測鈑金件的尺寸、表面缺陷、字符標識以及噴涂質量等。該方法廣泛用于鑄造和鍛造高溫行業以及電子元件等領域，但其檢測范圍與相機的分辨率和精度有關。此外機器視覺還能實現3D掃描，呈現整個鈑金件的三維數據，但是由于專業相機需要燈光的支持，一般設置在流水線專用檢測工位進行在線檢測。這種檢測方法效率較高，可實現自動化檢測，但由于利用光學原理，需要專業設備支持，成本較高，運行前需要調試驗證才可運行，且由于光學鏡頭識別范圍有限，適用鈑金件尺寸也較小。

2.5 不同檢測方式的優缺點分析

表1所示為不同檢測方法的比較。可以看出，不同檢測方法適用于不同的場景和需求，企業需要根據自身的生產需求和實際情況選擇合適的檢測方法。雖然傳統檢具仍是目前市面上主流檢測方式，但是需要結合其他手段彌補檢具的不足。

3 鈑金件質量控制的相關問題

3.1 鈑金件質量不合格表現

鈑金件根據大小采用不同的沖壓工藝和模具制作而成。由于鈑金件會發生塑性變形，在拉伸過程中易出現開裂和起皺重大缺陷。同時由于模具磨損，容易使零件發生尺寸超差、邊緣毛刺以及表面壓印、拉痕等常規缺陷。鈑金零件因厚度較薄、強度有限，在搬運和裝夾過程中也易變形。這些表面缺陷大多靠肉眼識別，而尺寸缺陷只能靠檢測工具進行測量。

3.2 鈑金件質量控制的關鍵點

鈑金件從設計到量產要經過試制、驗證、優化等多個階段，而對應的模具制造質量也分不同階段來提升。為保證總成產品質量，單個鈑金件也需分階段檢測。需注意的是，較大鈑金或型面復雜鈑金，100%合格率很難達到，但并不代表總成件合格率較低。因為大多鈑金件在焊接過程中會發生焊接變形，調整焊裝夾具和焊接順序也有利于控制總成質量。從后續焊接工藝質量分析可知，鈑金件質量控制的關鍵為基準要素和焊點所在的法蘭面。將這兩個關鍵點控制到位，焊接總成的合格率就易達標。

3.3 鈑金件單件合格與總成不合格矛盾問題分析

從焊接總成角度分析來看，容易出現單件合格而總成件不合格的問題，原因是尺寸工程設置不合理、夾具工裝的等影響，以及人為因素。這種人為因素是上文測量方式“漏洞”造成的。通過圖1可知，檢具間隙尺測量的間隙為邊緣值，不代表法蘭面關鍵點2的間隙值，從圖示可看出法蘭面與檢具支撐面并不平行，除了本身可能反彈外，另一個人為原因往往是供應商為了“造假”，通過硬掰等手段促使邊緣處間隙值合格。這種人為處理過的產品雖然紙面上記錄數據合格，但用于焊接或裝配時容易出現總成零件不合格現象。這種矛盾雖然理論上不太可能，但正是因為焊點位置離邊緣有一定距離，導致傳統檢具人工測量的值無法準確說明鈑金真實狀態。由于鈑金制造行業存在按節點交付合格率的指標要求，供應商因時間有限，時常“造假”，導致檢測數據紊亂，給后續工作帶來麻煩。

4 鈑金件尺寸快速檢測非常規措施

4.1 卡規或卡板檢測

鑒于上文提到的傳統檢具弊端，鈑金件檢具在發展過程中也在不斷的改進，其中最重要的就是界面卡板，該卡板一般放置在零件上方，便于測量型面重要位置的尺寸，如圖2所示，有時也設置在靠近邊緣的型面旁。

由圖2可知，卡板作為輔助工具通過轉動來檢測面上的尺寸。如果將卡板作為一個獨立的檢測工具，即選擇重要截面來制作卡規，就能專門測該截面質量狀態。這種卡規材質要求沒有檢具高，使用方便，能快速檢測某一截面的尺寸是否合格，但不能確保整件尺寸合格。該卡板可用于量產后來料抽檢，因為量產后模具基本定型，產品質量較穩定。用此種檢測方法可大大提高檢測效率，節省質量部門人力，但是不適合自然狀態反彈的零件。

4.2 復形標準件檢測

卡規可單獨使用，卻不能用于整個型面檢測。因此如果將理論模型按1∶1制作出來作為基準參考，通過鈑金件疊加效果來快速觀測零件質量狀態，不僅可提高檢測效率，而且還能快速識別人為“造假”零件。考慮到很多行業在產品試制時，通過激光切割和3D打印等技術可快速制造成型標準件，以提前驗證整個產品性能，因此早期這種標準件由于形面跟理論數模較一致，可作為質檢的參考量具。通過疊加重合度來檢測零件局部或整體變形情況，該方法不需要制作檢具，且快速成型件可為塑料制品，保存時間長。可通過噴涂顏料以肉眼觀察復形標準件與零件的干涉和間隙來快速判斷整個形面質量狀態。該方法適合快速粗檢，不能提供具體數值，是一種依靠經驗來快速衡量零件是否合格的重要量具，在模具制造行業廣泛應用。

此檢測方法在設計、制造和維護上成本較低，且制作周期短，操作方法便捷。在鈑金制作模具型面研配時，是必不可少的手段。并且在分析鈑金回彈上也有幫助，由于鈑金件反彈無法避免，而通過標準件貼合比對測出反彈量，可為后續回彈補償和整形提供參考依據。但需注意，該方法需建立在重疊度較好的簡單平整型面上，不適合側面凸起以及翻邊較多的復雜零件檢測，有一定局限性。

4.3 匹配件模型檢測

單個鈑金件最終要與其他零件相匹配，實際裝配中只需總成件合格，即使單個零件尺寸有差異，也是可以接受的。因此逆向思維，將與單個鈑金件相匹配的其他零件局部制作成模型檢具，并放到檢具上，可快速檢測匹配間隙等尺寸。這種方式在汽車行業往往只有主機廠才有類似功能的總成檢具。這種措施可在傳統檢具保留基準定位功能基礎上，再新增匹配的面特征，如焊接法蘭面。如圖2所示，將與鈑金配合周圍零件的匹配面特征提取出來制作成檢測塊，通過轉動或安裝固定來檢測與單個零件之間的配合間隙或其他尺寸。在汽車行業，這種檢測方式多用于檢測內外飾等車身附件，當然也可以檢測車身上其他小鈑金件。

5 結語

沖壓鈑金零件廣泛應用于汽車、家電、機加等行業，而為了提高市場競爭力，各行業產品更新換代很快，勢必要求鈑金件從開發、尺寸檢驗到批量生產減少周期和降低成本提高效率。傳統鈑金檢測工作由人工協同操作，且定制的檢具準確性和效率不足；而三坐標、掃描儀和視覺技術雖然精度和效率方面都較高，但中小型鈑金零件利潤薄、性價比低，鮮有企業使用。因此，本文提出的基于傳統檢具，使用卡規、標準件和匹配塊等措施可作為快速檢測的輔助方式，具有較大的優勢和意義。

參考文獻：

[1]李歡迎.一種新型多功能沖壓件檢具研究[J].鍛造與沖壓，2023（2）：54-56.

作者簡介：

楊磊，男，1984年生，工程師，研究方向為工業機器人、新能源汽車和智能移動汽車研發、調試和培訓。