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)。

1 螺母在零件外部（圖1）

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

2 螺母在零件內(nèi)腔（圖4）

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

3 螺母孔同時(shí)在夾具上作為零件定位孔使用

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

4 防錯(cuò)探頭的鎖緊方式

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

5 防錯(cuò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化管理

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)。

6 防錯(cuò)信號(hào)與機(jī)器人相關(guān)聯(lián)：

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。

7 結(jié)語(yǔ)

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！