汽車前部安裝在線沖孔研究

何學峰 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)量越來越被消費者關注。本文針對汽車開發(fā)中的前部精致車匹配要求，通過數(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是基于前部橫梁及車頂后部沖孔（net hole）作為基準安裝點，該方案由于前部橫梁受到來料尺寸數(shù)據(jù)的波動，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，通過大數(shù)據(jù)分析及工藝流程重新梳理，希望開發(fā)一種基于前部與中部相關聯(lián)的工藝基準系統(tǒng)，后部也參照前部建立強相關基準，來滿足車輛匹配質(zhì)量的需求，降低返修量，從根本上提升制造質(zhì)量。

圖1 工藝基準示意圖

3 相關性數(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GDIS系統(tǒng)，選擇單一車輛線生產(chǎn)的車型，設置樣本量30個，該樣本量代表了一個月的該車型的穩(wěn)定生產(chǎn)的6sigma穩(wěn)定能力，通過分析，我們發(fā)現(xiàn)，6sigma數(shù)據(jù)為1.6～2.3mm，該公差明顯較大，這樣會導致線生產(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，見圖3。

基于此，需要尋求新的工藝方案來替代原工藝方案，縮短尺寸鏈，建立強相關性。以此來滿足質(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量技術以及機器人技術成熟的前提下引入的，該技術需要高精度在線測量數(shù)據(jù)作為名義值偏差補償，依靠機器人精度對零件進行再加工，沖孔或者激光切孔。從根本上解決車身焊接尺寸鏈長，生產(chǎn)影響因素多的問題。將尺寸鏈改善成點對點的強相關性，徹底解決制造偏差。同時該技術受限于坐標系的優(yōu)化選擇和測量設備的穩(wěn)定性，需要對實施進行階段性數(shù)據(jù)分析，設置最佳基準系統(tǒng)及補償常量，以期達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相關；③左右向位置度與側(cè)圍鉸鏈安裝面強相關；④該沖孔作為翼子板工裝的主定位孔；⑤該孔同時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臺機器人組成，分別測量車身上的300個特征，在完成測量后，根據(jù)節(jié)拍考慮機器人切換成沖槍，現(xiàn)實沖孔。

圖5 在線檢測工位圖

5.3 沖搶結(jié)構(gòu)

沖槍型號：ECKOLD Model T261

圖6 沖槍參數(shù)

5.4 系統(tǒng)重復性分析

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

沖孔機器人重復性 Vision重復性 沖搶重復性±0.3mm(Range0.6mm) Range0.42 0.1

引導系統(tǒng)綜合重復性：

現(xiàn)代大型預焙鋁電解槽在930 ℃左右的高溫下進行，電解過程中，電解槽持續(xù)不斷的承受著熔融鋁液與電解質(zhì)的沖刷。鋁電解過程作為高能耗冶金過程，目前國內(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6 320 kW·h[1-2]，也就是說，鋁電解過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，浪費能源并惡化了生產(chǎn)車間的操作環(huán)境。

M-710引導綜合重復性：

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（以建系點為基準）；（2）結(jié)論：0.7〈1mm，滿足要求。

6 項目實施跟蹤

6.1 機器人引導算法

按照強相關性設計子基準算法，通過Vision 系統(tǒng)拍照采集數(shù)據(jù)點，建立新的子基準坐標系，如圖示，采集點數(shù)據(jù)進行編號。

偏差計算方法：

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沖孔機器人，沖孔機器人根據(jù)偏差結(jié)果調(diào)整位置后沖孔。

6.2 二次補償功能與規(guī)則說明：

沖孔機器人第一次獲取上述偏差結(jié)果后，到達沖孔位置，然后測量機器人復測沖槍上的靶標圓孔。測量系統(tǒng)計算該特征孔與基準點之間的距離，如果偏差值大于±0.3mm，那么將進行二次補償。即沖孔機器人獲取第二次偏差補償結(jié)果，重新到達沖孔位置然后再沖孔。

圖7 子基準坐標建立圖

6.3 相關性數(shù)據(jù)

按照數(shù)據(jù)分析的要求，進行數(shù)據(jù)采集，確認在線沖孔數(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柱主定位強相關，左邊相關性0.87，右邊相關性0.87。滿足相關性》0.7的要求，6sigma 1mm，滿足目標要求。

圖8 項目實施正態(tài)分布圖

7 結(jié)語

本文通過系統(tǒng)的分析了在線沖孔的工藝方案，通過大數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)有工藝的大偏差問題，建立了在線沖孔工藝可行性研究，建立子基準系統(tǒng)，在新項目實施并評價狀態(tài)。為行業(yè)在該技術運用上建立了基礎標準和解決方案，降低后繼人工調(diào)整，穩(wěn)定匹配質(zhì)量狀態(tài)。為設計及日常質(zhì)量控制提供參考，形成指導策略。便于運用到具體車型的實際工作之中，為我國汽車工業(yè)精致化研究提供方法及質(zhì)量控制參考。