于光輝，郭東棟,2，張丁博

控制精度不匹配造成表面缺陷解決方法

于光輝1，郭東棟1,2，張丁博1

（1.北京奔馳汽車有限公司，北京 100176；2.北京大學(xué)，北京 100871）

在白車身生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，由于零件與工裝夾具相對(duì)位置不穩(wěn)定，很容易造成磕碰問題，從而帶來白車身的表面質(zhì)量缺陷，部分嚴(yán)重缺陷也可引發(fā)其他風(fēng)險(xiǎn)問題。文章闡述了某車型在生產(chǎn)制造中，因上下制造環(huán)節(jié)控制精度不匹配造成零件表面磕傷缺陷和線束孔密封性問題，在不進(jìn)行新的投資改造條件下，通過優(yōu)化調(diào)整的方式來解決這類問題。在分析調(diào)查的過程中使用流程圖分析法識(shí)別問題發(fā)生點(diǎn)；在解決問題的過程中，一方面提高控制精度低環(huán)節(jié)的精度，另一方面增加控制精度高環(huán)節(jié)的容錯(cuò)度，通過這兩方面的組合式調(diào)整，解決因控制精度不匹配造成的磕碰問題，避免表面質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生，從而降低了返修成本且消除了影響線束孔密封性的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

表面質(zhì)量優(yōu)化；流程圖分析法；控制精度；容錯(cuò)度

某車型在序列化生產(chǎn)過程中，側(cè)圍外板總成左右A柱的定位孔會(huì)不定期出現(xiàn)變形問題。缺陷位置均位于定位孔的車尾方向區(qū)域，定位孔法蘭邊沿局部區(qū)域有磕碰痕跡，缺陷狀態(tài)如圖1所示。缺陷發(fā)生的時(shí)間段隨機(jī)，缺陷率在2%左右；該定位孔在多個(gè)工位均有使用，同時(shí)缺陷出現(xiàn)的頻率低，因此，現(xiàn)場隨機(jī)抽查很難確定問題發(fā)生的具體位置和根本原因。該問題可能會(huì)造成以下三方面影響：白車身表面質(zhì)量、車身尺寸和線束安裝密閉性。經(jīng)過對(duì)白車身表面質(zhì)量的評(píng)判，其為三級(jí)缺陷項(xiàng)、不可接受狀態(tài)，因此，該問題會(huì)對(duì)白車身表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。抽選三輛缺陷較為嚴(yán)重的白車身，其三坐標(biāo)測量值均在公差范圍內(nèi)；與無缺陷車身相比，方向最大偏差為0.31 mm，尺寸精度影響不大。小部分較為嚴(yán)重的缺陷，如不修復(fù)，有潛在的線束安裝密閉性風(fēng)險(xiǎn)。因此，在檢查過程中需進(jìn)行徹底檢查，同時(shí)修復(fù)過程耗時(shí)較長且修復(fù)難度大，并存在車輛報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)，該缺陷的出現(xiàn)既造成了較大的制造成本浪費(fèi)，又影響車間的一次性合格率，從而成為困擾車間的一個(gè)難題，亟需解決。

圖1 側(cè)圍左右A柱定位孔變形

1 原因分析

1.1 工藝過程介紹

在該車型的白車身制造環(huán)節(jié)中有地板、側(cè)圍、主線合拼和裝配調(diào)整等多項(xiàng)工藝，A柱定位孔變形缺陷發(fā)生在側(cè)圍和主線合拼區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)將側(cè)圍外板、加強(qiáng)板及小件合拼為側(cè)圍外板總成后，先通過空中積放鏈輸送形式將左右側(cè)圍從兩個(gè)方向運(yùn)送到主線合拼工位的上方；在通過機(jī)器人抓手將側(cè)圍外板總成從空中積放鏈中取走放入到主線區(qū)域的側(cè)圍涂膠臺(tái)中，且涂膠臺(tái)上有定位銷及多處夾具，用以保證涂膠位置的準(zhǔn)確性，如圖2所示；涂膠完畢后，通過機(jī)器人抓手的搬運(yùn)將車身和側(cè)圍合拼；最后安裝車頂橫梁，并進(jìn)入車身定位工位進(jìn)行定位焊接，完成上述工藝后，側(cè)圍已經(jīng)和車身初步連接在一起，后續(xù)工位進(jìn)行補(bǔ)焊及其他車身連接工藝。

圖2 出現(xiàn)表面缺陷區(qū)域工藝情況

1.2 缺陷源頭追查

由于該缺陷產(chǎn)生具有一定的隨機(jī)性且接觸A柱定位孔的工位較多，為盡快鎖定缺陷位置、查出缺陷的根本原因，采用流程圖分析法對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行系統(tǒng)性排查[1]。其中側(cè)圍外板的沖壓來件、側(cè)圍島內(nèi)的定位點(diǎn)焊工裝、熔化極惰性氣體（Melt InertGas,MIG）保護(hù)焊人工返修臺(tái)、側(cè)圍搬運(yùn)抓手、空中積放鏈、主線涂膠工裝、主線搬運(yùn)抓手、主線定位焊夾具等多處都有潛在風(fēng)險(xiǎn)，如圖3所示。為提高排查效率，在排查過程中，將整個(gè)工藝過程分為以下四部分：由側(cè)圍外板的上件口到上空中積放鏈前是第一部分，空中積放鏈到人工上橫梁是第二部分，人工上橫梁經(jīng)主線定位焊工裝到人工MIG焊是第三部分，人工MIG焊之后是第四部分。其中，分別在三處人工檢查點(diǎn)進(jìn)行檢查，并標(biāo)記和缺陷數(shù)量統(tǒng)計(jì)，來確定問題出現(xiàn)在整個(gè)環(huán)節(jié)的具體位置。

通過連續(xù)兩周的問題追蹤，在工人檢查1中未發(fā)現(xiàn)定位孔變形缺陷，工人檢查2中發(fā)現(xiàn)定位孔變形缺陷，每天數(shù)量平均在20多個(gè)，在工人檢查3中除檢查2發(fā)現(xiàn)的缺陷外未發(fā)現(xiàn)新的缺陷，通過上述檢查結(jié)果最終鎖定缺陷發(fā)生整個(gè)工藝過程的第二部分，具體位置在機(jī)器人抓手從空中積放鏈取下側(cè)圍到側(cè)圍和車身搭扣前的這一環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，抓手將側(cè)圍懸掛到空中積放鏈過程中不會(huì)造成上述缺陷，但抓手?jǐn)y帶側(cè)圍往涂膠臺(tái)放置時(shí)，側(cè)圍會(huì)在涂膠工裝中完成一次側(cè)圍定位過程，側(cè)圍定位孔和定位銷會(huì)有接觸，在某些情況下當(dāng)定位孔和定位銷出現(xiàn)不對(duì)中的情況，便會(huì)造成側(cè)圍A柱定位孔磕碰，從而產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，圖4描述了兩個(gè)制造環(huán)節(jié)連接處產(chǎn)生缺陷及缺陷產(chǎn)生的具體位置。

圖3 表面缺陷風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分布流程圖

圖4 缺陷產(chǎn)生上下環(huán)節(jié)及發(fā)生位置

1.3 變形原因分析

為查明在側(cè)圍下落到主線涂膠工裝過程中，側(cè)圍的定位孔和工裝定位銷發(fā)生接觸的原因，先后對(duì)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、抓手及運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行排查，但未發(fā)現(xiàn)可疑問題；根據(jù)三坐標(biāo)測量結(jié)果可以確定零件尺寸狀態(tài)穩(wěn)定且在合理范圍內(nèi)；因此，潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)被鎖定在零件生產(chǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中。在零件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，空中積放鏈將側(cè)圍外板總成從側(cè)圍生產(chǎn)區(qū)輸送到主線生產(chǎn)區(qū)，再通過機(jī)器人抓手從空中積放鏈下件口搬運(yùn)到主線涂膠工裝。在運(yùn)輸中空中積放鏈上的托盤通過兩個(gè)支撐塊和一個(gè)控制方向的定位塊來保證側(cè)圍總成的位置狀態(tài)。

通過對(duì)大量缺陷件的分析，發(fā)現(xiàn)缺陷集中在定位孔的車尾方向區(qū)域，即正方向出現(xiàn)變形或是磕傷。其原因是，側(cè)圍在空中積放鏈運(yùn)輸過程中起到支撐作用的兩個(gè)支撐塊出現(xiàn)不同程度的磨損，導(dǎo)致側(cè)圍頭部和尾部不平衡，在積放鏈運(yùn)動(dòng)的過程中側(cè)圍整體出現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)，造成空間位置發(fā)生變化，如圖5所示。機(jī)器人抓手從空中積放鏈上取件過程中并沒有定位功能，而是通過氣缸夾頭夾緊的方式將其從空中積放鏈搬運(yùn)出來，在放件的過程中，機(jī)器人抓手搬運(yùn)后側(cè)圍在下落過程中，部分側(cè)圍A柱定位孔和涂膠工裝定位銷出現(xiàn)摩擦接觸。

深究其原因，控制側(cè)圍向的B柱定位孔長度為36 mm，定位塊長度為33 cmm，兩者之間存在3 mm的間隙；在運(yùn)輸過程中，這個(gè)間隙會(huì)隨著空中積放鏈的震動(dòng)劇烈程度和支撐塊的磨損情況而變化；同時(shí)，由于空中積放鏈結(jié)構(gòu)特性，其本身也具有一定的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致側(cè)圍在空中積放鏈的運(yùn)輸過程中累積偏差大于3 mm。

圖5 空中積放鏈運(yùn)輸方式及存在的問題點(diǎn)

但是，主線區(qū)域的涂膠工裝上的定位孔和定位銷之間的間隙是0.4mm。這樣就造成了兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制精度不匹配，在這種情況下極易產(chǎn)生磕碰缺陷[2]。如圖6所示。

圖6 空中積放鏈和主線涂膠工裝控制精度偏差

2 措施及結(jié)論

該表面質(zhì)量缺陷造成的原因是因?yàn)樵谥圃飙h(huán)節(jié)中上下環(huán)節(jié)精度不匹配，由高精度環(huán)節(jié)到低精度環(huán)節(jié)過程中零件位置偏移導(dǎo)致零件和工裝定位銷磕碰，引起表面質(zhì)量缺陷[3]。在不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造的前提下，一方面提高低精度環(huán)節(jié)的控制精度，另一方面增加高精度環(huán)節(jié)的容錯(cuò)度，同時(shí)做好日常的維護(hù)保養(yǎng)，使好的狀態(tài)能夠長久保持下去。

2.1 提高積放鏈的運(yùn)輸精度

在現(xiàn)有空中積放鏈和托盤不做重大改造的背景下，提高空中積放鏈運(yùn)輸側(cè)圍的精度。首先對(duì)所有托盤進(jìn)行編號(hào)并排查，保證上線托盤全部通過檢具校準(zhǔn)；其次對(duì)缺陷車輛進(jìn)行變形量測量，通過數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)定位孔變形長度集中在 1 mm附近，調(diào)整中值將B柱定位孔定位塊向前移動(dòng)1 mm，調(diào)整后先小批量測試，無誤后進(jìn)行全面調(diào)整。

圖7 小車支撐塊磨損量數(shù)據(jù)分析

為消除側(cè)圍在運(yùn)輸過中出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，對(duì)所有出現(xiàn)缺陷的小車支撐塊磨損程度使用游標(biāo)卡進(jìn)行測量，記錄數(shù)據(jù)，圖7為一周內(nèi)的支撐塊磨損量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從圖中可以看出，當(dāng)磨損量超過2.4 mm后，缺陷車的數(shù)量開始增加，根據(jù)此數(shù)據(jù)制定托盤上支撐塊磨損更換標(biāo)準(zhǔn)，即定義 2.4 mm為磨損更換標(biāo)準(zhǔn)，定期對(duì)托盤支撐塊進(jìn)行測量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)磨損量超出標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)更換；同時(shí)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)保養(yǎng)等措施減少空中積放鏈在運(yùn)輸過程中的震蕩程度。

2.2 增加主線涂膠定位工裝的容錯(cuò)度

在側(cè)圍A柱定位孔與定位銷接觸的這一環(huán)節(jié)中增加容錯(cuò)度，一方面調(diào)整側(cè)圍放件時(shí)的軌跡路徑，預(yù)留側(cè)圍和定位銷接觸時(shí)位置移動(dòng)的靈活性；另一方面通過優(yōu)化定位銷型面，在保證原有定位功能無損失的前提下，增加導(dǎo)向功能。

2.2.1調(diào)整機(jī)器人向涂膠工裝放件的過程軌跡

機(jī)器人軌跡程序修改，將預(yù)放件位置的軌跡點(diǎn)由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Point To Point, PTP）軌跡形式更改為線段（Linear, LIN）跡軌形式，保證每次都能按照直線的方式準(zhǔn)確地落在定位銷的正上方。提高預(yù)放件軌跡點(diǎn)在定位銷正上方的位置，沿軸正方向提高4 mm，如圖8所示（即抓手提前釋放側(cè)圍）。這樣在側(cè)圍A柱定位孔接觸定位銷后，沿著定位銷的導(dǎo)向面自由落下，定位銷在此過程中除了起到定位作用也起到導(dǎo)向作用，即使側(cè)圍位置有一定偏差，在定位銷導(dǎo)向的作用下，側(cè)圍也能自主地落在定位銷里。

由于機(jī)器人過程軌跡的更改（沿軸正方向上移4 mm），側(cè)圍有可能出現(xiàn)無法下落到目標(biāo)位置的情況。增加到位傳感器，以確保零件到位后，再觸發(fā)程序進(jìn)行后續(xù)工裝夾具夾緊的步驟。

圖8 調(diào)整側(cè)圍抓手機(jī)器人放件軌跡

提前釋放側(cè)圍，可能會(huì)造成側(cè)圍表面質(zhì)量缺陷，為避免此問題的產(chǎn)生，調(diào)試階段反復(fù)測試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)車輛進(jìn)行車輛表面質(zhì)量確認(rèn)和評(píng)判，測試無問題后新機(jī)器人程序投入使用。

2.2.2優(yōu)化定位銷形狀

配合機(jī)器人放件軌跡優(yōu)化，在保證定位面尺寸不變的情況下，改變定位銷導(dǎo)向面的坡度，使坡度更陡。同時(shí)增加定位銷導(dǎo)向的長度，對(duì)過渡邊沿進(jìn)行有限打磨，使其平滑，減少接觸時(shí)磕碰程度如圖9所示。配合機(jī)器人軌跡的調(diào)整，使機(jī)器人放置側(cè)圍的過程更加順利，增加一定的容錯(cuò)度[4]。

圖9 涂膠定位工裝上定位銷優(yōu)化前后對(duì)比

2.3 定期檢查保養(yǎng)

完善動(dòng)力裝置、張緊裝置、傳動(dòng)軸等多部份的加油保養(yǎng)，對(duì)張緊鏈條檢查張緊度，對(duì)積放鏈托盤組件進(jìn)行檢查，確保托盤運(yùn)行平穩(wěn)無卡滯，上述這些措施保證空中積放鏈機(jī)械結(jié)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和減少零件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中位置波動(dòng)。

同時(shí)針對(duì)容易磨損的部件，如支撐塊等加強(qiáng)日常的檢測頻率，建立易損件的追蹤記錄，根據(jù)更換標(biāo)準(zhǔn)定期做好檢查和更換工作[5-6]。

3 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)白車身側(cè)圍外板總成A柱定位孔變形問題，通過使用流程圖分析法對(duì)所有可能接觸點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)排查和關(guān)鍵點(diǎn)檢測，成功識(shí)別這類批量缺陷發(fā)生的位置。通過對(duì)缺陷零件的分析和現(xiàn)場設(shè)備及工裝的調(diào)查，確定了缺陷的原因是上下兩個(gè)制造環(huán)節(jié)的控制精度不匹配，高精度向低精度過程中零件位置偏移造成了磕碰[7]。在明確問題原因后制定相應(yīng)措施，一方面提高積放鏈的運(yùn)輸精度；另一方面制定支撐塊磨損更換標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)調(diào)整機(jī)器人放件軌跡和改善定位銷形面進(jìn)而增加放件時(shí)的容錯(cuò)度、并配合定期維護(hù)保養(yǎng)。

上述措施實(shí)施后A柱方孔的表面質(zhì)量缺陷得到了徹底的解決，對(duì)多輛車進(jìn)行表面質(zhì)量評(píng)判，結(jié)果為可以接受，在后續(xù)的持續(xù)追蹤中，在該區(qū)域未再出現(xiàn)不可接受的表面缺陷問題；同時(shí)雖然定位銷和方孔仍有局部位置接觸，但接觸區(qū)域均處在孔的內(nèi)壁邊沿側(cè)，消除了影響線束孔安裝密封性的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

通過對(duì)因上下生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)控制精度不匹配問題的分析研究，使得該類缺陷成因明確，問題得以解決，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)制造成本。

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Solution to the Problem of Precision Mismatch in Manufacturing Process

YU Guanghui1, GUO Dongdong1,2, ZHANG Dingbo1

( 1.Beijing Benz Automobile Company Limited, Beijing 100176,China;2.Peking University, Beijing 100871, China )

In the manufacturing process of body in white (BIW), the surface quality of BIW is easy to be caused due to the unstable position of parts and fixtures and some serious defects can also cause other risk problems. This paper expounds the solution to the problem of parts deformation caused by the mismatch of upper and lower manufacturing accuracy in the manufacturing process of a vehicle model, without new investment. In the process of analysis and investigation, the flow chart analysis method is used to identify the point of occurrence of the problem; In the process of solving the problem, on the one hand, improve the precision of low precision links, on the other hand, increase the fault tolerance of high precision links. Through the combined adjustment of these two aspects,and the surface quality defect is avoided, thereby reducing the higher rework cost and eliminating the risk point affecting the sealing of the wiring harness hole.

Surface quality optimization;Flow chart analysis;Positioning accuracy;Fault tolerance

U466

B

1671-7988(2022)24-129-05

U466

B

1671-7988(2022)24-129-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.024

于光輝（1989—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)楹秆b生產(chǎn)制造技術(shù)，E-mail:yuguangh6@163.com。