汽車保險杠總成檢具開發

郎 倩，岑 迪，顧元峰

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

0 引言

汽車零部件是保證汽車質量的關鍵要素，同時也是構成一輛完整汽車的重要基礎。保險杠總成是汽車零部件中最重要的外飾之一，它不僅能緩沖外界撞擊，防護車身前后部，還追求與整車造型和諧統一。近年來，隨著整車“感知質量”要求不斷提升，對保險杠外觀幾何尺寸控制也更嚴格[1]。保險杠檢具作為尺寸檢測的重要設備，其重要性不言而喻，因而也越來越受到汽車主機廠的重視。合理的保險杠總成檢具不僅操作方便、實用性強，且能減小保險杠尺寸不穩定帶來的偏差，真實反映零件裝車狀態，提高生產效率。

本研究以整車廠檢具驗收視角，立足實際車型，結合零件圖紙，面向裝配抱怨，開發了一套汽車前后保險杠總成檢具。力求操作簡單、結果穩定、數據直觀，快速判斷保險杠總成特征要素是否符合圖紙要求，為零件優化及其工藝調整奠定有力的數據基礎。

1 保險杠總成檢具總體設計思路及驗收要求

檢具的本質是模擬車身裝配關系，借助檢測工具對零件進行檢測[2]。汽車保險杠分為前保和后保。其檢具應滿足結構、工藝要求，設置合理的定位、夾緊和支撐裝置，確保測量尺寸可靠[3]。檢具設計依據產品工程圖紙，圖紙上標識了零件RPS（Reference Point System）定位信息及尺寸和匹配要求。

保險杠的檢具方案需要得到主機廠確認。涵蓋以下信息：（1）檢具基座使用裝車位置。（2）定位基準方案與圖紙一致，明確基準孔，基準面、定位面數量、位置和夾緊方式。（3）確定檢測元素：關鍵產品特性，特征線、功能和過去經常發生抱怨的區域。（4）材料選擇需考慮耐久性、功能性、重復性。（5）考慮操作者人機工程、保險杠拆裝的難易程度以及數據采集的可行性。

主機廠審核好供應商的檢測方案后，即可進行檢具制造。驗收資料包含以下6 份文檔：（1）檢具測量報告；（2）重復性精度；（3）保險杠檢測方案；（4）檢具設計CAD 數據；（5）檢具設計說明和使用說明書；（6）檢具認可報告。驗收完成后，這些資料隨同保險杠檢具實物交付給零件廠。

保險杠總成檢具最終驗收，需要和主機廠車身主模型KCB 對標?？偝蓹z具和車載KCB 兩者定位元素相同，同一個保險杠在檢具上和車載KCB 上，同一位置一致性小于0.3 mm，對標合格。

2 保險杠總成結構設計

一套完整的汽車檢具大致由基礎件、測量基準、功能裝置、移動裝置、檢具標志、輔助裝置六部分組成。從檢具基礎結構出發，充分考慮其可作為測量支架使用，將檢具和測量支架合二為一。

2.1 基礎結構

保險杠檢具本體由槽型材Q235 通過焊接成框型結構，鋁制檢具基板放置在鋼制檢具架上表面。它是鏈接定位和檢測裝置的重要組成部分，結構安排合理緊湊，必須預留測量所需空間，以保證測量設備測量。同時，還要去應力并噴涂油漆以增強其抗腐蝕性能。圖1 是保險杠檢具本體示例圖。

圖1 保險杠檢具本體示例

2.2 測量基準

保險杠檢具底板上需設置符合要求的兩套測量基準。兩套基準必須重合且同時能用于三坐標和光學測量時建立坐標系?；鶞士鬃鴺藨O置在底板的百位線上。

測量基準的加工精度為±0.02 mm，表面粗糙度為3.2，表面要求黑色陽極氧化?；鶞士椎撞啃梃偳队幸欢ㄎΦ拇配?，用于放置直徑Φ30 mm 的光學測量球，磁鋼與基座要求H7 配合，中部需保留一定厚度的圓柱面，直徑為Φ18 mm，用于三坐標測量時建立坐標系。圖2 是前保測量基準示例圖。

圖2 前保測量基準示例

2.3 保險杠在檢具上定位

2.3.1 RPS 定位

在三維空間里，任一剛體都具有六個自由度，即沿著X/Y/Z 軸的平動和轉動。要確定其在此坐標系下的唯一位置就必須約束所有自由度。針對汽車零件來說，也需要通過限制自由度來實現零件在檢具上穩定擺放，以此保證測量精度和重復性。

保險杠圖紙上會標注零件RPS 定位信息：6 個方向主定位，即3 個Fx（2 個在保險杠羊角上端，1 個設置下卡腳處），2 個Fz（分別位于與前大燈匹配的下端卡腳處），1 個Ty（logo 中線處）。由于保險杠是大型注塑件，不是絕對剛體，圖紙中設置20 多個輔控RPS來幫助零件定位。圖3 是前保RPS 分布。在檢具上，保險杠定位會依據圖紙RPS 設置，以此來評價零件按圖紙設計制造后零件的尺寸偏差。

圖3 前保RPS 分布

2.3.2 實車定位

保險杠總成雖有一定強度，但其在外力作用下可產生變形。這類零件的自由狀態與裝車狀態差異較大，采用實車裝配方式定位更能直觀、準確評價零件匹配效果。前保險杠實車定位方式如下：上部搭接在KU 支架上，左右依靠翼子板導向件固定，上格柵插入大燈中，背部導流卡板插入前保橫梁。在檢具上需按實車裝配要求去實現定位，如：KU 定位、導向件定位、大燈定位、橫梁定位。如圖4 為實車裝配示意圖及檢具上模擬KU 支架設置Z 向定位面。

圖4 實車裝配及KU 定位

2.4 模擬塊設計

由于保險杠外形輪廓不規則且呈自由曲面，所以其外形輪廓檢測主要依據檢具型面并配合其他檢測手段。在此項目中，通過檢具上制作與零件匹配的仿形模擬塊，實現保險杠自由曲面檢測，評價匹配效果。保險杠對手件眾多，匹配關系復雜。前保險杠對手件有：大燈、前蓋、翼子板、前輪罩，后保險杠對手件有：尾燈、后蓋、側圍、后輪罩。模擬塊按對手件實物零件輪廓1∶1 制作，且平整度與縫隙匹配與理論數據一致?？紤]到零件在檢具上安裝的可操作性，模擬塊可設置成翻轉機構。圖5 為翻轉式前蓋模擬塊，從減重的角度出發，模擬塊只設計有匹配需求的區域。

圖5 翻轉式前蓋局部模擬塊

2.5 零件安裝設計

為了更貼合實際裝車情況，檢具上還設計了實物零件安裝功能，即：部分模擬塊拆除后，可實現實物零件與模塊零件互換。這一功能不僅能模擬保險杠在理論定位下的安裝，還能模擬保險杠在部分實物零件定位下的安裝狀態。綜合考慮實用性和經濟性，在前保上安裝真件的零件有：前端防撞梁、泡沫件、翼子板導向件。圖6 為檢具上安裝前端防撞梁和泡沫件。

圖6 安裝前端防撞梁和泡沫件

3 檢具檢測功能及應用

檢測裝置是檢具的重要組成部分，其精度、測點位置都會影響測量結果可靠性。根據設計理念，檢具實現了百分表檢測及測量支架功能，見圖7。

圖7 前保檢具百分表及測量支架功能

3.1 百分表檢測功能

按圖紙要求，零件相匹配的區域都應設置平整度和間隙評價。我們根據測量方案在對手件模擬塊上均勻布置百分表，用于平整度和間隙檢測。設置打表機構時，平整度檢測所用表具頭部為球形，縫隙檢測所用表具頭部為一字形，在部分不方便設置間隙打表的區域采用塞尺測量間隙，圖7 中前?？拷髠妊蚪翘幋虮砥秸?0.13 mm，圖紙公差+/-0.5 mm，符合圖紙要求。

3.2 測量支架功能

檢具測量支架功能要求在檢具上安裝零件后，檢具型面檢測塊、檢測銷等結構，不影響測量機探針在匹配面和對應切邊上移動采點。圖7 中右下角為前保在faro 探測采點后輸出的測量報告。同時，檢具上基準孔可吸附光學測量球，能通過光學設備拍攝點云后輸出光學報告。

4 結語

此項目從設計到落地，完整地實現了保險杠在生產過程中的裝配檢測要求。在實施過程中有幾點需注意：（1）設計應以使用者為中心，多思考零件如何在檢具上拆裝、測量。（2）設置活動機構時，做好運動軌跡模擬，避免干涉。（3）為提高檢具穩定性，檢具底板和重載支撐部分厚度需設置加強筋。伴隨著新勢力汽車的崛起，新車型開發周期大幅縮短。傳統的專用檢具正不斷在向柔性化發展[4]。高效、經濟、實用依然是檢具開發不懈追求的目標。未來，檢具的發展趨勢會緊密貼合汽車智能化發展，更多數字化、智能化檢測手段會應用到檢具開發過程中。