汽車車身螺母防漏焊技術

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制造過程中，螺母漏焊是主要的失效模式，并且隨著主機廠的返修標準越來越嚴格，螺母漏焊所帶來的質量成本損失也顯著提高，為了有效降低此類缺陷帶來的質量成本損失，引入螺母防錯顯得尤為重要。

防錯，在日文中稱“Poka Yoke”,又稱愚巧法、防呆法，由日本著名質量管理學者森口(Shingo)博士最先提出。防錯基于“預防為主”、“差錯可以避免”、“實現零缺陷”等質量理念，通過技術的改善實現制造過程更安全、更簡單、產品更可靠的目標。

而針對螺母的防漏焊是鈑金零部件生產企業一直在努力解決的問題，從最早的時候依靠人工100%畫記檢查，到后來機械式/氣動式/電子式等各類防錯的推廣，期間經歷了大量的理論分析和實踐應用，在應用的過程中我們也發現不同的防錯類型適用于不同的零件結構，同時如何保證防錯結構較長的使用壽命也是非常重要的內容，后面將從零件的不同結構出發，探討最適合的防錯結構。

1 螺母在零件外部（圖1）

圖1

這類零件結構屬于最容易實施防錯的結構，通常使用直接接觸式感應探頭進行防錯，如圖2，但由于此類防錯結構的探頭與零件距離較近，在量產過程中，容易在裝零件時被磕碰導致探頭損壞，從而導致防錯失效，增加螺母漏焊風險。

圖2

因此，針對此類零件結構，在空間足夠的時候從實用性角度出發更推薦使用間接接觸式防錯結構。如圖3，該結構由連接桿、彈簧、傳感器組成，裝夾零件時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動，傳感器繼而探測到另一臺階面②，傳感器③燈亮，給PLC 輸入信號。如果螺母漏焊，則連接桿不往下運動，傳感器探測不到另一端面，燈不亮，PLC 判定為漏焊，機器人不執行焊接動作。該結構的優勢在于傳感器離零件位置遠，在生產過程裝夾零件時不易被碰壞，同時焊接時的飛濺也不容易附著在傳感器上，因此能夠保證防錯的有效性，降低漏焊風險。

圖3

2 螺母在零件內腔（圖4）

圖4

針對此類零件結構，我們無法在內腔進行防錯，防錯結構設計上需要進行轉換，如圖5，使用間接接觸式結構，與螺母接觸端設計成定位銷結構。當有螺母時，連接桿接觸到螺母向上移動，傳感器接收到信號；而當螺母漏焊時，連接桿穿過零件光孔，傳感器未接收到信號，判定為漏焊。

圖5

3 螺母孔同時在夾具上作為零件定位孔使用

當螺母孔在焊接夾具上同時作為定位孔使用時，不建議繼續使用以上直接式或者間接式接觸防錯結構時，如圖6，如果螺母漏焊，由于有定位銷的存在，裝夾零件時連接桿會接觸到定位銷從而壓縮彈簧上移，防錯傳感器則會感應亮燈判定有螺母從而引起誤判。因此我們需要對防錯結構再次進行優化，如圖7，將防錯連接桿的端面更改為套筒結構，當螺母漏焊時，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別出漏焊。

圖6

圖7

除此之外，針對此類零件結構，也可以采用圖8 的防錯結構，螺母定位銷使用帶氣缸的彈簧伸縮銷。此定位銷應設計為臺階銷，當有螺母時，臺階銷1 段正常定位，臺階銷2段無法通過，傳感器通過對行程的識別判定有螺母。而當螺母漏焊時，臺階銷1 段無法完成對零件定位，2 段也將穿過零件光孔，傳感器通過對行程的識別判定漏焊螺母，從而控制機器人焊鉗進行鎖止。

圖8

4 防錯探頭的鎖緊方式

在我們解決了防錯機構的運行邏輯問題以后，在實際運行中仍然有不少防錯失效，其中最典型的模式就為防錯探頭松動，如圖9，很多廠家的鎖緊方式采用側面擰緊螺桿，此方式看似結構簡單，實則鎖緊力不易控制，隨著機構每天不停的往復運動，螺桿極易出現松動情況，從而導致防錯傳感器松動，偏離了最初設置的探測位置，引起防錯失效。經過現場的大量驗證工作，我們認為圖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。同時如果傳感器處于運動機構上，還可以在螺母鎖緊位置處增加螺紋緊固膠，進一步加強鎖緊強度。

圖9

圖10

5 防錯結構標準化管理

除此之外，如果防錯機構的精度和硬度不達標，在長期運行過程中，隨著其使用磨損也會大大增加防錯的失效率。例如：在間接式接觸防錯結構中，若連接桿硬度不足，長期使用則會導致其變形、彎曲，從而引起連接桿無法正常在行程內運動，或者會頻繁引起彈簧卡滯等問題。因此，需要對防錯機構增加對應的制造公差要求以及表面處理要求，以滿足長期的量產使用。在大部分夾具供應商中，通常對連接桿的加工精度要求為0.05mm，其表面采用鍍硬鉻處理，硬度達到HRC 52-58，按此標準實際運行的效果可以滿足零部件企業量產使用需求的。此要求為筆者工作中接觸到的企業標準，各零部件企業也可以根據自身實際情況，制定滿足自身工廠現狀需求的相應標準。

由于一家零部件企業對應的夾具供應商不一定是唯一的，而防錯結構目前在行業內部并未形成統一標準。如果不同夾具供應商防錯結構有差異，其配件在選型時不統一，那在后期的運行維護上將會增加難度，不僅需要增加備件種類和庫存數，同時不便于維修和長期的持續改善。因此建議各零部件企業，能夠在內部對防錯結構標準化，在選擇不同夾具供應商時，將防錯結構的標準進行輸入，此舉將大大提高企業后期的運行管理效率，實現防錯系統正向的持續改進。

6 防錯信號與機器人相關聯：

防錯唯有與設備關聯，才能真正在螺母漏焊時實現設備鎖止，缺陷不流出。但設備廠家在將防錯傳感器與機器人關聯時，通常有兩種做法：①將同一夾具上傳感器的信號串聯接入PLC 控制器(圖11）②將同一夾具上不同傳感器信號分別并聯接入PLC 控制器（圖12）。

圖11

圖12

如果采用串聯接入方式，當其中一個傳感器損壞斷開時，整個回路的信號判定為斷開，PLC 控制鎖止焊鉗；但當其中一個傳感器常亮故障時，整個回路的信號仍然判定為閉合，PLC 無法識別傳感器的問題，這時如果該位置的零件漏焊，防錯也無法進行探測報警，缺陷流出。

因此，在實際接入PLC 的時候推薦傳感器信號以并聯的方式接入PLC 控制器，PLC 單獨采集每一個傳感器的信號。任一傳感器損壞斷開時，PLC 均能識別出其故障，并鎖止焊鉗；而當任一傳感器常亮故障時，PLC 也能夠識別出其故障，并對焊鉗做出鎖止控制。

7 結語

以上是針對現有鈑金供應商在焊接夾具上應用最廣泛的螺母防錯裝置進行了介紹，在實際應用中還有著其它類型的電子防錯，比如激光探測、視覺防錯等同樣可以用作螺母/螺柱防漏，但因成本較高，目前在鈑金供應商中應用的相對較少，隨著技術的發展，還會有更多更優的防錯方式的產生，但目標都是一個，杜絕漏焊問題，提高客戶滿意度，這也是我們質量人為之奮斗的方向！