賴沂銘 宋寶恒
上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007
在汽車鈑金零部件的生產(chǎn)制造過(guò)程中,螺母漏焊是主要的失效模式,并且隨著主機(jī)廠的返修標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格,螺母漏焊所帶來(lái)的質(zhì)量成本損失也顯著提高,為了有效降低此類缺陷帶來(lái)的質(zhì)量成本損失,引入螺母防錯(cuò)顯得尤為重要。
防錯(cuò),在日文中稱“Poka Yoke”,又稱愚巧法、防呆法,由日本著名質(zhì)量管理學(xué)者森口(Shingo)博士最先提出。防錯(cuò)基于“預(yù)防為主”、“差錯(cuò)可以避免”、“實(shí)現(xiàn)零缺陷”等質(zhì)量理念,通過(guò)技術(shù)的改善實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程更安全、更簡(jiǎn)單、產(chǎn)品更可靠的目標(biāo)。
而針對(duì)螺母的防漏焊是鈑金零部件生產(chǎn)企業(yè)一直在努力解決的問(wèn)題,從最早的時(shí)候依靠人工100%畫記檢查,到后來(lái)機(jī)械式/氣動(dòng)式/電子式等各類防錯(cuò)的推廣,期間經(jīng)歷了大量的理論分析和實(shí)踐應(yīng)用,在應(yīng)用的過(guò)程中我們也發(fā)現(xiàn)不同的防錯(cuò)類型適用于不同的零件結(jié)構(gòu),同時(shí)如何保證防錯(cuò)結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)的使用壽命也是非常重要的內(nèi)容,后面將從零件的不同結(jié)構(gòu)出發(fā),探討最適合的防錯(cuò)結(jié)構(gòu)。
圖1
這類零件結(jié)構(gòu)屬于最容易實(shí)施防錯(cuò)的結(jié)構(gòu),通常使用直接接觸式感應(yīng)探頭進(jìn)行防錯(cuò),如圖2,但由于此類防錯(cuò)結(jié)構(gòu)的探頭與零件距離較近,在量產(chǎn)過(guò)程中,容易在裝零件時(shí)被磕碰導(dǎo)致探頭損壞,從而導(dǎo)致防錯(cuò)失效,增加螺母漏焊風(fēng)險(xiǎn)。
圖2
因此,針對(duì)此類零件結(jié)構(gòu),在空間足夠的時(shí)候從實(shí)用性角度出發(fā)更推薦使用間接接觸式防錯(cuò)結(jié)構(gòu)。如圖3,該結(jié)構(gòu)由連接桿、彈簧、傳感器組成,裝夾零件時(shí)螺母接觸連接桿端面位置①,在重力作用下壓縮彈簧向下運(yùn)動(dòng),傳感器繼而探測(cè)到另一臺(tái)階面②,傳感器③燈亮,給PLC 輸入信號(hào)。如果螺母漏焊,則連接桿不往下運(yùn)動(dòng),傳感器探測(cè)不到另一端面,燈不亮,PLC 判定為漏焊,機(jī)器人不執(zhí)行焊接動(dòng)作。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于傳感器離零件位置遠(yuǎn),在生產(chǎn)過(guò)程裝夾零件時(shí)不易被碰壞,同時(shí)焊接時(shí)的飛濺也不容易附著在傳感器上,因此能夠保證防錯(cuò)的有效性,降低漏焊風(fēng)險(xiǎn)。
圖3
圖4
針對(duì)此類零件結(jié)構(gòu),我們無(wú)法在內(nèi)腔進(jìn)行防錯(cuò),防錯(cuò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換,如圖5,使用間接接觸式結(jié)構(gòu),與螺母接觸端設(shè)計(jì)成定位銷結(jié)構(gòu)。當(dāng)有螺母時(shí),連接桿接觸到螺母向上移動(dòng),傳感器接收到信號(hào);而當(dāng)螺母漏焊時(shí),連接桿穿過(guò)零件光孔,傳感器未接收到信號(hào),判定為漏焊。
圖5
當(dāng)螺母孔在焊接夾具上同時(shí)作為定位孔使用時(shí),不建議繼續(xù)使用以上直接式或者間接式接觸防錯(cuò)結(jié)構(gòu)時(shí),如圖6,如果螺母漏焊,由于有定位銷的存在,裝夾零件時(shí)連接桿會(huì)接觸到定位銷從而壓縮彈簧上移,防錯(cuò)傳感器則會(huì)感應(yīng)亮燈判定有螺母從而引起誤判。因此我們需要對(duì)防錯(cuò)結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行優(yōu)化,如圖7,將防錯(cuò)連接桿的端面更改為套筒結(jié)構(gòu),當(dāng)螺母漏焊時(shí),套筒能夠避開零件定位銷,行程的變化從而讓傳感器能夠識(shí)別出漏焊。
圖6
圖7
除此之外,針對(duì)此類零件結(jié)構(gòu),也可以采用圖8 的防錯(cuò)結(jié)構(gòu),螺母定位銷使用帶氣缸的彈簧伸縮銷。此定位銷應(yīng)設(shè)計(jì)為臺(tái)階銷,當(dāng)有螺母時(shí),臺(tái)階銷1 段正常定位,臺(tái)階銷2段無(wú)法通過(guò),傳感器通過(guò)對(duì)行程的識(shí)別判定有螺母。而當(dāng)螺母漏焊時(shí),臺(tái)階銷1 段無(wú)法完成對(duì)零件定位,2 段也將穿過(guò)零件光孔,傳感器通過(guò)對(duì)行程的識(shí)別判定漏焊螺母,從而控制機(jī)器人焊鉗進(jìn)行鎖止。
圖8
在我們解決了防錯(cuò)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行邏輯問(wèn)題以后,在實(shí)際運(yùn)行中仍然有不少防錯(cuò)失效,其中最典型的模式就為防錯(cuò)探頭松動(dòng),如圖9,很多廠家的鎖緊方式采用側(cè)面擰緊螺桿,此方式看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)則鎖緊力不易控制,隨著機(jī)構(gòu)每天不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng),螺桿極易出現(xiàn)松動(dòng)情況,從而導(dǎo)致防錯(cuò)傳感器松動(dòng),偏離了最初設(shè)置的探測(cè)位置,引起防錯(cuò)失效。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的大量驗(yàn)證工作,我們認(rèn)為圖10 的鎖緊方式較為有效,在傳感器的前后端采用雙向鎖緊,能夠保證足夠的鎖緊力使其不易松動(dòng)。同時(shí)如果傳感器處于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上,還可以在螺母鎖緊位置處增加螺紋緊固膠,進(jìn)一步加強(qiáng)鎖緊強(qiáng)度。
圖9
圖10
除此之外,如果防錯(cuò)機(jī)構(gòu)的精度和硬度不達(dá)標(biāo),在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,隨著其使用磨損也會(huì)大大增加防錯(cuò)的失效率。例如:在間接式接觸防錯(cuò)結(jié)構(gòu)中,若連接桿硬度不足,長(zhǎng)期使用則會(huì)導(dǎo)致其變形、彎曲,從而引起連接桿無(wú)法正常在行程內(nèi)運(yùn)動(dòng),或者會(huì)頻繁引起彈簧卡滯等問(wèn)題。因此,需要對(duì)防錯(cuò)機(jī)構(gòu)增加對(duì)應(yīng)的制造公差要求以及表面處理要求,以滿足長(zhǎng)期的量產(chǎn)使用。在大部分夾具供應(yīng)商中,通常對(duì)連接桿的加工精度要求為0.05mm,其表面采用鍍硬鉻處理,硬度達(dá)到HRC 52-58,按此標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際運(yùn)行的效果可以滿足零部件企業(yè)量產(chǎn)使用需求的。此要求為筆者工作中接觸到的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),各零部件企業(yè)也可以根據(jù)自身實(shí)際情況,制定滿足自身工廠現(xiàn)狀需求的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
由于一家零部件企業(yè)對(duì)應(yīng)的夾具供應(yīng)商不一定是唯一的,而防錯(cuò)結(jié)構(gòu)目前在行業(yè)內(nèi)部并未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如果不同夾具供應(yīng)商防錯(cuò)結(jié)構(gòu)有差異,其配件在選型時(shí)不統(tǒng)一,那在后期的運(yùn)行維護(hù)上將會(huì)增加難度,不僅需要增加備件種類和庫(kù)存數(shù),同時(shí)不便于維修和長(zhǎng)期的持續(xù)改善。因此建議各零部件企業(yè),能夠在內(nèi)部對(duì)防錯(cuò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化,在選擇不同夾具供應(yīng)商時(shí),將防錯(cuò)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輸入,此舉將大大提高企業(yè)后期的運(yùn)行管理效率,實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)系統(tǒng)正向的持續(xù)改進(jìn)。
防錯(cuò)唯有與設(shè)備關(guān)聯(lián),才能真正在螺母漏焊時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備鎖止,缺陷不流出。但設(shè)備廠家在將防錯(cuò)傳感器與機(jī)器人關(guān)聯(lián)時(shí),通常有兩種做法:①將同一夾具上傳感器的信號(hào)串聯(lián)接入PLC 控制器(圖11)②將同一夾具上不同傳感器信號(hào)分別并聯(lián)接入PLC 控制器(圖12)。
圖11
圖12
如果采用串聯(lián)接入方式,當(dāng)其中一個(gè)傳感器損壞斷開時(shí),整個(gè)回路的信號(hào)判定為斷開,PLC 控制鎖止焊鉗;但當(dāng)其中一個(gè)傳感器常亮故障時(shí),整個(gè)回路的信號(hào)仍然判定為閉合,PLC 無(wú)法識(shí)別傳感器的問(wèn)題,這時(shí)如果該位置的零件漏焊,防錯(cuò)也無(wú)法進(jìn)行探測(cè)報(bào)警,缺陷流出。
因此,在實(shí)際接入PLC 的時(shí)候推薦傳感器信號(hào)以并聯(lián)的方式接入PLC 控制器,PLC 單獨(dú)采集每一個(gè)傳感器的信號(hào)。任一傳感器損壞斷開時(shí),PLC 均能識(shí)別出其故障,并鎖止焊鉗;而當(dāng)任一傳感器常亮故障時(shí),PLC 也能夠識(shí)別出其故障,并對(duì)焊鉗做出鎖止控制。
以上是針對(duì)現(xiàn)有鈑金供應(yīng)商在焊接夾具上應(yīng)用最廣泛的螺母防錯(cuò)裝置進(jìn)行了介紹,在實(shí)際應(yīng)用中還有著其它類型的電子防錯(cuò),比如激光探測(cè)、視覺防錯(cuò)等同樣可以用作螺母/螺柱防漏,但因成本較高,目前在鈑金供應(yīng)商中應(yīng)用的相對(duì)較少,隨著技術(shù)的發(fā)展,還會(huì)有更多更優(yōu)的防錯(cuò)方式的產(chǎn)生,但目標(biāo)都是一個(gè),杜絕漏焊問(wèn)題,提高客戶滿意度,這也是我們質(zhì)量人為之奮斗的方向!