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北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

高效和精確地保證車身裝配尺寸在當(dāng)下汽車制造中至關(guān)重要，也是生產(chǎn)出符合客戶期望和高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)整車產(chǎn)品的關(guān)鍵。在涉及到白車身尺寸問題時，焊裝工裝夾具的調(diào)試存在多重挑戰(zhàn)，在發(fā)現(xiàn)白車身尺寸問題后的調(diào)試過程中，往往需要多次驗證調(diào)試結(jié)果，其中尤為復(fù)雜的是在不同裝配坐標(biāo)系下尺寸的變化會受到不同的建系基準(zhǔn)的影響，這種影響是無法預(yù)估影響的，其變化源自于裝配功能不同，建系點(diǎn)位不同，在數(shù)據(jù)累積迭代后的結(jié)果是無法預(yù)估的。因此涉及這種調(diào)整時往往需要多輪調(diào)試，很難快速定位到問題并精準(zhǔn)地對問題進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程冗長，本文基于上述裝焊件基準(zhǔn)調(diào)試相關(guān)問題展開研究。

研究方法

1.車身坐標(biāo)系與尺寸監(jiān)控

整車坐標(biāo)系是用于描述整車的整體幾何和尺寸關(guān)系。通常情況下，整車坐標(biāo)系是由研發(fā)團(tuán)隊在設(shè)計階段確定的，它作為參考標(biāo)準(zhǔn)為整車設(shè)計和制造提供了一個一致的基準(zhǔn)框架。它定義了整車的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸，作為所有零部件位置、尺寸和幾何關(guān)系的基準(zhǔn)，整車坐標(biāo)系的確定性使得整車制造和裝配過程中的各個環(huán)節(jié)都能按照同一套標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。通常會通過測量整車坐標(biāo)系下的關(guān)鍵特征來保證整車尺寸質(zhì)量要求。

局部坐標(biāo)系是相對于整車坐標(biāo)系而言的，它是在整車制造和裝配過程中為了方便部件安裝和定位而定義的坐標(biāo)系。在整車的制造過程中，局部坐標(biāo)系針對整車的某個特定區(qū)域，常用于定位和安裝車輛的各個部件和組件，確保它們的正確位置和幾何關(guān)系。通過使用局部坐標(biāo)系，可以準(zhǔn)確地測量和調(diào)整各個部件的尺寸位置，有助于定位和排除裝配過程中的問題。如果在裝配過程中出現(xiàn)偏差或不匹配，操作人員可以使用局部坐標(biāo)系進(jìn)行測量和比對，找出問題所在，并進(jìn)行調(diào)整和修正，保證整車的裝配質(zhì)量。

白車身尺寸數(shù)據(jù)主要來源于測量，尺寸數(shù)據(jù)也就是通過測量獲取的相關(guān)測量特征的數(shù)據(jù)，測量特征是要測量的幾何元素，必要時可以通過計算確定。例如表面點(diǎn)、孔、邊、半徑及距離等[1]。在某主機(jī)廠日常尺寸考核與監(jiān)控中，通常以QZ分值作為考核要求，QZ分值是一種合格率的特殊表示形式，即超差測量特征占總測量特征的比例，通常在批量生產(chǎn)后，不合格測量特征數(shù)量不能大于8%，QZ考核所包含的測量特征的定義來源于功能尺寸目錄、夾緊和安裝概念、車身鈑金件的通用技術(shù)規(guī)范以及公差規(guī)范等，它的測量范圍（特征或測點(diǎn)數(shù)量）則由質(zhì)量部根據(jù)這些文件確定。以車身Z23總成為例（不包含四門兩蓋的白車身），考核測量特征覆蓋整車坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系中的關(guān)鍵尺寸特征，不過在局部坐標(biāo)系中約束的一些測量特征，在整車坐標(biāo)系中不做公差約束。在實際生產(chǎn)中，成品車發(fā)生尺寸問題，追溯尺寸偏差源查詢車身報告時存在整車系下正常，局部系超差需優(yōu)化的情況，所以在后續(xù)的偏差分析中需考慮在不同坐標(biāo)系下的偏差來源針對性地解決問題。

2.傳統(tǒng)尺寸調(diào)整過程

傳統(tǒng)尺寸調(diào)整步驟分為以下四步[2]：

1）送測。送檢車身進(jìn)行三坐標(biāo)測量，通常送測三套測量件，盡量避免偶發(fā)尺寸波動對調(diào)整判斷帶來影響。

2）偏差分析。對測量出的報告進(jìn)行分析，初步判斷偏差來源，由于測量結(jié)果都會受測量基準(zhǔn)的偏差影響，因此準(zhǔn)確判斷出偏差來源對精準(zhǔn)解決問題尤為重要。

3）確定調(diào)整方案。車身由不同的零部件拼接成分總成件，其后再拼接成總成，確定好結(jié)果中的偏差來源后還需要判斷具體需要調(diào)整的工位。

4）調(diào)整并送測驗證。調(diào)整后需要做件再次送三坐標(biāo)測量驗證。

本文聚焦步驟2）和步驟3），當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏差后調(diào)整主要分為兩種情況：一種是尺寸偏差發(fā)生在某個具體的特征或區(qū)域，不論整車或局部系，可以直接調(diào)整工裝夾具的定位塊來起到優(yōu)化作用；另一種情況常發(fā)生在局部坐標(biāo)系下的尺寸控制特征上，直接調(diào)整已到極限，無法滿足需要，綜合分析評估后發(fā)現(xiàn)局部坐標(biāo)系基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致整體偏移，需要調(diào)整局部坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)位置，來保證相關(guān)區(qū)域的尺寸。由于車身鈑金件多為自由曲面，測量特征法向也并非與標(biāo)準(zhǔn)RPS的X/Y/Z方向吻合。對于需要調(diào)試基準(zhǔn)的情況，基準(zhǔn)點(diǎn)變化對車身形面的影響并不能確定，存在X向基準(zhǔn)變動經(jīng)過整體旋轉(zhuǎn)后影響某區(qū)域Y向，并非簡單的X向偏差調(diào)整X向基準(zhǔn)。如圖1所示，可見綠色側(cè)圍區(qū)域測點(diǎn)在法向上綜合了X/Y的影響，左下為整車RPS方向，所以對偶發(fā)問題或缺少調(diào)試經(jīng)驗的區(qū)域，調(diào)整后需反復(fù)測試來驗證是否達(dá)到優(yōu)化要求，需要的驗證時間會比較長。

圖1 車身側(cè)圍區(qū)域自由曲面上測點(diǎn)示例

為了優(yōu)化第二種情況調(diào)試驗證的過程，綜合考量各種評價分析系統(tǒng)軟件，采用蔡司Caligo測量軟件對測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使模擬調(diào)試成為可能。

3.具體實施過程

具體實施第一步是收集實際問題區(qū)域測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由于后續(xù)需要大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)模擬，在車身測量時，采用激光掃描方式獲取車身數(shù)據(jù)，如圖2所示，應(yīng)用蔡司Eagle eye掃描測頭，得到實車包括基準(zhǔn)點(diǎn)位置以及問題區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖2 Eagle Eye激光測量及Caligo中點(diǎn)云數(shù)據(jù)示例

第二步是基于測量軟件Caligo進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。主要分析局部坐標(biāo)系基準(zhǔn)對問題區(qū)域的影響，通過Caligo提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的基準(zhǔn)點(diǎn)信息，進(jìn)行RPS建系。RPS需要至少3個基準(zhǔn)特征的6個方向進(jìn)行擬合，比如3個Z向基準(zhǔn)、2個Y向基準(zhǔn)加1個X向基準(zhǔn)[3]?；鶞?zhǔn)特征來源于研發(fā)階段定義，提取特征后，在軟件中使用最佳擬合法，這里并非和整車坐標(biāo)系建立方法相同。整車坐標(biāo)系需要通過計算，對目標(biāo)旋轉(zhuǎn)或平移，使定義方向上的誤差變?yōu)槟繕?biāo)值后完成坐標(biāo)系建立，而局部坐標(biāo)系所應(yīng)用的最佳擬合則是通過數(shù)學(xué)方法計算旋轉(zhuǎn)和移動工件，使實際測量數(shù)據(jù)與數(shù)模上的基準(zhǔn)對應(yīng)點(diǎn)之間距離的平方和最小化，直到所有加權(quán)誤差平方和最小則完成坐標(biāo)系建立，不需要達(dá)到固定的目標(biāo)值，如圖3所示?；谧罴褦M合的局部坐標(biāo)系評價相應(yīng)區(qū)域的尺寸偏差，分析數(shù)據(jù)變化。由于在局部坐標(biāo)系應(yīng)用最佳擬合，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的存在使模擬調(diào)試成為了可能，通過在Caligo中對建系點(diǎn)理論值的變更，使建系基準(zhǔn)點(diǎn)產(chǎn)生偏差變化，模擬實際調(diào)整的偏差值。在基于調(diào)整偏差值后的基準(zhǔn)點(diǎn)重新通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合當(dāng)前姿態(tài)的坐標(biāo)系，在這個坐標(biāo)系下再次評價相關(guān)測量區(qū)域測點(diǎn)就可以看到基準(zhǔn)調(diào)整后的偏差影響。

圖3 Caligo中基準(zhǔn)點(diǎn)表示及坐標(biāo)系最佳擬合法示例

第三步就是基于模擬結(jié)果不斷試驗來確定生產(chǎn)實際需要調(diào)整的目標(biāo)。由于基準(zhǔn)偏移可以通過軟件實現(xiàn)，所以可以在無報廢成本的情況下進(jìn)行偏差調(diào)整判斷，確認(rèn)不同基準(zhǔn)對相關(guān)測點(diǎn)偏差的影響程度，之后根據(jù)模擬結(jié)果選擇最貼合需要的調(diào)整方式，在現(xiàn)場進(jìn)行實際調(diào)試，最后送車至三坐標(biāo)測量檢驗調(diào)試是否滿足需要，經(jīng)過多輪驗證后證明此方法高效精準(zhǔn)。

項目應(yīng)用

在某工廠生產(chǎn)的某車型曾出現(xiàn)部分尾門到側(cè)圍平順高的問題車，缺陷率高達(dá)50%并且極難返修，只能導(dǎo)出下線進(jìn)行返修，嚴(yán)重影響車輛交付。分析其根本原因時發(fā)現(xiàn)在車身尾門裝配的局部系下尾門平順超下差，對問題不利。但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)其整車測量結(jié)果并沒有問題，相關(guān)位置工裝夾具針對調(diào)整沒有余量，判斷其為建系基準(zhǔn)影響。

問題尺寸偏差更偏向Y方向，在過往實際現(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn)直接調(diào)整對應(yīng)的Y向基準(zhǔn)沒有效果。通過本文提供的方法，對現(xiàn)有尾門區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行采集，基于Caligo軟件對基準(zhǔn)點(diǎn)X3與Z5分別進(jìn)行模擬偏差偏置。再根據(jù)偏置后的基準(zhǔn)值重新擬合坐標(biāo)系評估問題區(qū)域變化，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)X3的變化會影響相關(guān)位置區(qū)域。后續(xù)在生產(chǎn)中進(jìn)行了實際的調(diào)試，如圖5所示，驗證了該基準(zhǔn)變化會影響問題區(qū)域尺寸，從而快速解決了尾門到側(cè)圍平順高的問題。

圖4 尾門到側(cè)圍平順高問題Caligo中對基準(zhǔn)點(diǎn)的偏移

圖5 尾門到側(cè)圍平順高左側(cè)調(diào)整前后

結(jié)語

本文創(chuàng)新表現(xiàn)為在實際問題出現(xiàn)后并沒有急于著手調(diào)整，而是通過現(xiàn)有的工具進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬分析，在通過數(shù)據(jù)分析后精準(zhǔn)地定位到影響問題的點(diǎn)位，從而進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，避免因為非必要調(diào)整帶來的成本浪費(fèi)，大幅節(jié)省了調(diào)整過程所需時間，也減少了調(diào)試零件的報廢，降低了成本。

后續(xù)會繼續(xù)通過已有的工具進(jìn)一步開發(fā)數(shù)字化自動程序，對軟件方面的應(yīng)用拓展進(jìn)行深挖，實現(xiàn)自動化的模擬調(diào)試驗證，為序列化運(yùn)行項目確認(rèn)調(diào)整問題以及新項目調(diào)試?yán)^續(xù)提供助力。