汽車前部安裝在線沖孔研究

何學(xué)峰 唐立宇 王鵬

上汽通用汽車有限公司 上海市 201201

1 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的匹配質(zhì)量越來(lái)越被消費(fèi)者關(guān)注。本文針對(duì)汽車開(kāi)發(fā)中的前部精致車匹配要求，通過(guò)數(shù)據(jù)分析及工藝方案可行性研究。提供成本、質(zhì)量相平衡的尺寸價(jià)值方案。

2 在線匹配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

早期的汽車前后蓋安裝基準(zhǔn)是基于前部橫梁及車頂后部沖孔（net hole）作為基準(zhǔn)安裝點(diǎn)，該方案由于前部橫梁受到來(lái)料尺寸數(shù)據(jù)的波動(dòng)，廠內(nèi)多工位焊接的影響，自身的穩(wěn)定性已經(jīng)很差，基于此，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及工藝流程重新梳理，希望開(kāi)發(fā)一種基于前部與中部相關(guān)聯(lián)的工藝基準(zhǔn)系統(tǒng)，后部也參照前部建立強(qiáng)相關(guān)基準(zhǔn)，來(lái)滿足車輛匹配質(zhì)量的需求，降低返修量，從根本上提升制造質(zhì)量。

圖1 工藝基準(zhǔn)示意圖

3 相關(guān)性數(shù)據(jù)流程圖

圖2 數(shù)據(jù)分析工作流程圖

4 大數(shù)據(jù)分析

通過(guò)GDIS系統(tǒng)，選擇單一車輛線生產(chǎn)的車型，設(shè)置樣本量30個(gè)，該樣本量代表了一個(gè)月的該車型的穩(wěn)定生產(chǎn)的6sigma穩(wěn)定能力，通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)，6sigma數(shù)據(jù)為1.6～2.3mm，該公差明顯較大，這樣會(huì)導(dǎo)致線生產(chǎn)后期板鏈上需要加大工人的調(diào)整量，以滿足最終匹配要求，見(jiàn)圖3。

基于此，需要尋求新的工藝方案來(lái)替代原工藝方案，縮短尺寸鏈，建立強(qiáng)相關(guān)性。以此來(lái)滿足質(zhì)量控制要求。

5 在線沖孔工藝

在線沖孔工藝是基于在線測(cè)量技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)成熟的前提下引入的，該技術(shù)需要高精度在線測(cè)量數(shù)據(jù)作為名義值偏差補(bǔ)償，依靠機(jī)器人精度對(duì)零件進(jìn)行再加工，沖孔或者激光切孔。從根本上解決車身焊接尺寸鏈長(zhǎng)，生產(chǎn)影響因素多的問(wèn)題。將尺寸鏈改善成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的強(qiáng)相關(guān)性，徹底解決制造偏差。同時(shí)該技術(shù)受限于坐標(biāo)系的優(yōu)化選擇和測(cè)量設(shè)備的穩(wěn)定性，需要對(duì)實(shí)施進(jìn)行階段性數(shù)據(jù)分析，設(shè)置最佳基準(zhǔn)系統(tǒng)及補(bǔ)償常量，以期達(dá)到最終縮小制造公差，減少后期調(diào)整，降低制造成本，保證制造質(zhì)量的目的。

5.1 產(chǎn)品特征要求

圖3 數(shù)據(jù)分析曲線

①產(chǎn)品特征定義，沖孔放在黃金支架或者前橫梁上，沖孔（laser）直徑13.1mm（LH/RH）；②前后向位置與側(cè)圍主定位孔前后向位置強(qiáng)相關(guān)；③左右向位置度與側(cè)圍鉸鏈安裝面強(qiáng)相關(guān)；④該沖孔作為翼子板工裝的主定位孔；⑤該孔同時(shí)作為前保中支架前后向定位孔使用。

圖4 沖孔示意圖

5.2 Vision 系統(tǒng)

Vision 系統(tǒng)由6臺(tái)機(jī)器人組成，分別測(cè)量車身上的300個(gè)特征，在完成測(cè)量后，根據(jù)節(jié)拍考慮機(jī)器人切換成沖槍，現(xiàn)實(shí)沖孔。

圖5 在線檢測(cè)工位圖

5.3 沖搶結(jié)構(gòu)

沖槍型號(hào)：ECKOLD Model T261

圖6 沖槍參數(shù)

5.4 系統(tǒng)重復(fù)性分析

（1）Vision系 統(tǒng) 重 復(fù) 性：Range≤0.42mm；（2）引導(dǎo)系統(tǒng)重復(fù)性分析（M-900iA /260L）。

沖孔機(jī)器人重復(fù)性 Vision重復(fù)性 沖搶重復(fù)性±0.3mm(Range0.6mm) Range0.42 0.1

引導(dǎo)系統(tǒng)綜合重復(fù)性：

現(xiàn)代大型預(yù)焙鋁電解槽在930 ℃左右的高溫下進(jìn)行，電解過(guò)程中，電解槽持續(xù)不斷的承受著熔融鋁液與電解質(zhì)的沖刷。鋁電解過(guò)程作為高能耗冶金過(guò)程，目前國(guó)內(nèi)噸鋁直流電耗最低約為12 800 kW·h，而理論上電解鋁的噸鋁電耗不過(guò)6 320 kW·h[1-2]，也就是說(shuō)，鋁電解過(guò)程中輸入的電能中約有50%都是以熱能的形式散發(fā)到空氣中，浪費(fèi)能源并惡化了生產(chǎn)車間的操作環(huán)境。

M-710引導(dǎo)綜合重復(fù)性：

小結(jié)：

沖孔精度要求與結(jié)論

（1）沖孔位置度要求±0.5mm即Range為1mm（以建系點(diǎn)為基準(zhǔn)）；（2）結(jié)論：0.7〈1mm，滿足要求。

6 項(xiàng)目實(shí)施跟蹤

6.1 機(jī)器人引導(dǎo)算法

按照強(qiáng)相關(guān)性設(shè)計(jì)子基準(zhǔn)算法，通過(guò)Vision 系統(tǒng)拍照采集數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立新的子基準(zhǔn)坐標(biāo)系，如圖示，采集點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)。

偏差計(jì)算方法：

XL=0119XLO_X XR=0119XRO_X

YL=YR=（1117SLO_Y+1117SRO_Y）/2

ZL=0301XLU_Z ZR=0301XRU_Z

以上偏差值分別輸出給左右兩臺(tái)沖孔機(jī)器人，沖孔機(jī)器人根據(jù)偏差結(jié)果調(diào)整位置后沖孔。

6.2 二次補(bǔ)償功能與規(guī)則說(shuō)明：

沖孔機(jī)器人第一次獲取上述偏差結(jié)果后，到達(dá)沖孔位置，然后測(cè)量機(jī)器人復(fù)測(cè)沖槍上的靶標(biāo)圓孔。測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算該特征孔與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，如果偏差值大于±0.3mm，那么將進(jìn)行二次補(bǔ)償。即沖孔機(jī)器人獲取第二次偏差補(bǔ)償結(jié)果，重新到達(dá)沖孔位置然后再?zèng)_孔。

圖7 子基準(zhǔn)坐標(biāo)建立圖

6.3 相關(guān)性數(shù)據(jù)

按照數(shù)據(jù)分析的要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確認(rèn)在線沖孔數(shù)據(jù)是否滿足公差要求，同樣按照單一車30組數(shù)據(jù)為樣本，沖孔的6 sigma 為0.98mm＜1mm的挑戰(zhàn)公差，且與A柱主定位強(qiáng)相關(guān)，左邊相關(guān)性0.87，右邊相關(guān)性0.87。滿足相關(guān)性》0.7的要求，6sigma 1mm，滿足目標(biāo)要求。

圖8 項(xiàng)目實(shí)施正態(tài)分布圖

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)系統(tǒng)的分析了在線沖孔的工藝方案，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)有工藝的大偏差問(wèn)題，建立了在線沖孔工藝可行性研究，建立子基準(zhǔn)系統(tǒng)，在新項(xiàng)目實(shí)施并評(píng)價(jià)狀態(tài)。為行業(yè)在該技術(shù)運(yùn)用上建立了基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和解決方案，降低后繼人工調(diào)整，穩(wěn)定匹配質(zhì)量狀態(tài)。為設(shè)計(jì)及日常質(zhì)量控制提供參考，形成指導(dǎo)策略。便于運(yùn)用到具體車型的實(shí)際工作之中，為我國(guó)汽車工業(yè)精致化研究提供方法及質(zhì)量控制參考。