“防錯技術”在車身生產車間的應用

梁 翠，牛毅峰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 重慶分公司，重慶 渝北 401120）

0 前言

隨著技術的發展，汽車產業向規模化、自動化、現代化轉型，生產線高度柔性。一臺白車身總成由上百個鈑金零件逐級焊接而成，焊點達3000～5000點。電阻點焊和CO2保護焊是車身零件連接的主要方式，其中，電阻點焊約占總焊的90%。電阻點焊主要是利用電阻熱熔化金屬形成焊點，將兩種或者三種零件焊接為一體[1-2]。在傳統的車身生產車間，焊接自動化率低，大量的焊點需要人工操作。由于柔性生產車型多、配置復雜、零件相似度高,容易在焊接的過程中出現相似零件漏焊、漏裝、錯裝等缺陷，導致零件返修、報廢等，增加了產品制造成本。將防錯思想融入到產品設計開發初期，可以避免由錯漏裝而產生的費用、周期和成本問題[3]。

防錯技術是利用防錯裝置以防止不良發生和防止不良流出為目的一種工程技術。防錯目的從消除可能的失誤，到用更可靠的過程代替目前過程降低失誤，使作業更容易完成，失誤自動提示，從防止缺陷的產生和擴大化到將失誤影響降至最低。防錯思路定義為消除、替代、簡化、檢測、減少。防錯分為設計防錯和過程防錯，有斷根、保險、自動、順序、隔離等十大防錯原理，其防錯方法主要有：零件裝配位置唯一、設計特征明顯、合并相似零件、夸大零件的不相似性、接觸式防錯、簡化作業/檢查治具、測知式防錯等[4-6]。

根據防錯原理，可以將現場使用的防錯裝置大體分為電磁感應裝置、機械切換裝置、設備檢測提醒等類別。結合生產實際，分別介紹各種防錯裝置在降低車身漏焊、錯裝、漏裝等質量缺陷的應用情況，為其他企業減少返修工時，提升運行效率提供指導和借鑒。文中的CN、N等系列型號皆為作者所在的企業車型等型號。

1 電磁感應防錯裝置

白車身上，側圍、地總、車門等區域均裝配很多小零件，這些零件相似度高，個頭小，裝配位置零散，容易導致零件混裝、漏裝。電磁感應防錯是利用零部件的形狀不同或工裝上是否有零部件的狀態，在工裝上加裝電磁探頭，通過電磁探頭是否有感應信號來指揮工裝下一步動作，防止零部件混裝和漏裝[7]。電磁感應防錯裝置常常與各種光學、電學、力學、機構學等相結合應用到現場，感應裝置探測零件是否裝配到位，是否裝配零件，并與夾具進行關聯，若探測不到零件，則無法開啟或關閉夾具，將混裝和漏裝缺陷抑制在本工位。

1.1 CN系列車型左/右后側門加強板A防錯感應裝置

CN系列車型左/右后側門加強板A零件相似，左/右安裝定位孔尺寸有所偏差，但也可安裝上定位銷，混裝的零件導致鈑金搭接不合，員工不易辨識。物流配送物料中也無法識別，容易導致物料混裝，員工安裝過程中識別困難，很容易出現混裝、裝錯造成返修。如圖1所示，在左/右后側門3#拼臺零件安裝定位孔設計成大小孔[加強板A（左側）定位孔小，加強板A（右側）定位孔大]，并在此位置增加防止加強板A左/右混裝感應裝置，因為定位孔大小不一樣。若加強板A混裝，定位銷進不去，零件安裝不到位，感應器檢測不到零件，則拼臺夾具不關夾；員工工作不完成，則拼臺夾具不開夾。

1.2 N系列車型前地板車型防錯裝感應裝置

現場N系列車型乘用車前地板有一個小支架，而商用車前地板無支架，均可以正常安裝到拼臺上，員工不易辨識，在生產過程中容易漏裝或者多裝零件。物流配送時很難進行車型區分，也容易導致物料左右混框導致鴛鴦車出現。利用感應器自動探測，可以解決零件漏裝問題。即，在前地板支架位置增加一個感應器，當生產乘用車時，感應器檢測不到支架，則拼臺夾具不關夾；當前地板與車型不一致時，拼臺夾具不打開，如圖2所示。

圖2 前地板支架防錯感應裝置

1.3 CN系列車門多點涂膠增加光電感應

CN系列車型五門一蓋多點涂膠拼臺，無防漏涂膠動作感應器，員工標準化作業受到干擾時，存在漏涂膠風險。對漏涂膠門蓋進行返修，每臺返修耗時0.1 h，每月故障頻次約20臺，每月返修時間2 h，造成大量返修成本浪費。針對標準化工作容易受到干擾的操作崗位，增加光電感應識別工作完成情況，降低缺陷逃逸，提升質量。

如圖3所示，在CN系列五門一蓋涂膠拼臺，多點涂膠設備定位銷處增加多點涂膠機構到位光電感應器，若多點涂膠設備未執行操作，感應指示燈不亮，按工作完成開關，升降拼臺無動作，拼臺不上升，無法進行零件傳輸，有效識別涂膠步驟100%執行，減少漏涂膠風險，提高班組質量輸出，消除返修浪費。

圖3 多點涂膠設備光電感應防錯裝置

1.4 CN系列前地板螺柱感應防錯

針對總成件之間的匹配，選擇零件上具有標志性的特征進行識別，然后兩兩配合。減少錯裝風險。標志性的特征的選擇必須具備尺寸穩定，不易變形的特點，否則也可能導致防錯失效。CN系列車型前地板橫梁支架易變形，因為零件尺寸偏差，感應器檢測不到零件，防錯失效導致地板錯裝。將檢測支架變更為檢測螺柱，重新設計感應器位置，消除了因零件變形導致檢測不到零件造成防錯失效，降低了白車身錯裝率，如圖4所示。

圖4 前地板螺柱感應防錯裝置

2 機械切換防錯

針對白車身不同的車型配置，因零件A與零件B共用拼臺、夾具，總成件上局部零件存在多處差異，需要對差異零件做零件識別。針對零件差異點多，在感應識別有元無獨立座椅支架的基礎上，裝配電控切換開關，讓不同的車型配置特征進行機械關聯。生產線切換車型配置時直接進行整體機械切換，利用聲光報警降低了錯漏裝的缺陷。

例如CN系列標準型后車體總成5/8座與7座，安裝電控切換開關，進行不同配置車型切換：生產標準型5/8座時，員工首先確認首臺后部下車體為標準5/8座狀態，然后將旋鈕開關切換到7座檔，夾具無法夾緊操作，有報警聲提示。切換旋鈕到5/8座檔，夾具正常關夾；生產標準型7座，員工首先確認首臺后部下車體為標準型7座狀態，然后將旋鈕開關切換到5/8座檔，夾具無法夾緊操作，有報警聲提示。切換旋鈕到7座檔，夾具正常關夾。CN系列標準型后車體防錯裝置如圖5和圖6所示。

圖5 CN系列標準型后車體總成

圖6 CN系列標準型后車體防錯示意圖

3 設備檢測提醒防錯

設備檢測提醒防錯是將感應裝置與聲光報警、激光檢測、PLC程序等相結合的一種綜合性防錯裝置。廣泛應用于無人區的零件自動識別，車型配置切換提醒，VIN碼重復刻碼提示，焊點漏焊檢測等，具有簡單方便，準確可靠的特點。

3.1 CN系列前地板錯裝檢測裝置

前地板錯裝檢測裝置是利用光電感應、PLC程序、報警相互關聯，防止缺陷逃逸的一種過程防錯，可降低缺陷逃逸風險。CN系列車型前地板切換不同配置時，該拼臺屬于無人區，人工無法識別，存在錯裝風險，造成缺陷逃逸，導致客戶抱怨。制作光電開關檢測支架，將光電開關固定在支架上，并調整好檢測角度，感應不同車型的零件差異；PLC編輯車型防錯程序，增加車型切換旋鈕，連鎖信號線路。當CN系列車型前地板進行車型切換時，若前地板與當前車型不匹配，自行小車將不會取件，并進行聲光報警，防止前地板零件錯裝，如圖7所示。

圖7 前地板錯裝檢測防錯

3.2 調整線車型配置掃碼識別提示系統

調整線是車身車間的動態線，不同的車型及配置都將集成在調整線上進行門蓋裝配和調整。生產不同配置車型需要在地總懸掛車輛配置單，調整線裝配工位識別配置單內容并按車型選取零件，最后再調整線線尾，摘取隨車配置單。配置單需要在調整、地總間循環周轉，存在不增值操作，且容易造成零件裝配錯誤存在返修浪費。

為此，安裝了車型配置差異零件提示系統，利用白車身條形碼進行車型識別，從而動態判定車型配置情況，并將車型配置零件差異圖傳遞到顯示系統實現聲音和視覺提醒。通過讀取條形碼，即可顯示車輛配置信息，并能輸出音頻/視頻信號，取消“隨車掛牌取牌”兩個工作要素，3條地總線每個打碼工位優化工作要素15 s，調整線優化工作要素10 s，有效降低了調整線門蓋裝錯風險，如圖8所示。

圖8 車型配置掃碼識別提示系統

3.3 VIN刻碼重復提示

VIN碼（Vehicle Identification Number）作為汽車的唯一標志碼，如同人的身份證信息一樣，具有可追溯性和唯一性。VIN碼一般打印在不易變更的座椅框或者右前輪罩上。為防止重復打碼，導致車架總成報廢，在打碼機設備上利用程序設置VIN刻碼重復提醒。開班取打碼機對大梁碼進行刻印，待刻碼完成后，手動進行空刻對防錯裝置進行驗證，若輸入VIN碼為重復碼，則電腦界面彈出對話框，提示該VIN碼重復，是否需要重新刻印，避免了重復刻碼導致的車身報廢，如圖9所示。

圖9 VIN刻碼

3.4 簡易自動焊焊點位置激光檢測

汽車乘用化建設以來，提升簡易自動焊點可靠性一直是車身研究的重點，常規采用內部Audit和劃線檢查，縱觀國內外各種焊點質量檢測方法，激光紅外焊點質量檢測系統技術最為先進，在自動檢測焊點各類表面和內在缺陷的同時，還能自動進行補焊和修正缺陷，如圖10所示。紅外探測的原理是利用自動焊在焊接完成的一定時間內焊點維持一定的溫度，發出特定的波長，激光紅外探測器就是依靠探測焊點發出的波長而進行工作的。當焊點溫度發生變化時，就會失去電荷平衡，激光紅外探測器感應不到就能產生報警信號。在拼臺鋼構上安裝激光裝置，對前地板大梁自動焊點進行激光檢測，確保自動焊點無漏焊、無邊緣焊、無位置偏移，真正實現焊接、檢測、控制融為一體形成智能型檢測系統。

圖10 前地板大梁自動焊點激光檢測

3.5 補焊線智能視覺系統

機器人補焊線負責焊接人工焊點之外的所有焊點，焊點數量多且分布復雜，機器人焊接速度快穩定性高，大大節省了人力，提高了生產效率。雖然機器人工作穩定，但長時間不間斷的工作和一些人為原因有時也會出現一些問題導致漏焊等問題。

針對此，增設了一種智能視覺焊點檢測系統在機器人補焊線工位，通過視覺識別來檢測每輛經過此系統車輛設定部位的所有焊點，判斷是否焊接完成該部位所有焊點，如圖11所示。該系統由圖像采集器、raspberry信號處理器及結果顯示輸出三大部分組成。

圖11 補焊線智能視覺系統設計原理

該系統目前主要檢測各車型左右裙邊以及前輪罩焊點，當車輛到達該系統工位后，系統開始識別車輛型號并開始收集視頻圖像，通過raspberry（一種多功能的單板計算機，檢測系統）進行分析識別焊點數量是否準確無誤，最終輸出檢測結果。整個檢測過程只需要兩秒鐘即可完成。結果會通過三種方式來表達：①聲音輸出，如果檢測結果判定有漏焊會有提示音；②柱燈顯示，左右兩邊各兩個柱燈，如無問題則顯示綠色，反之相應部位的柱燈顯示為紅色；③電腦畫面顯示，視頻捕捉圖像和分析結果電腦會進行收集。補焊線智能視覺系統將不再需要人工彎腰檢測焊點，大大降低了人力成本，保證車身質量輸出，如圖12所示。

圖12 補焊線智能視覺系統實際應用

4 結束語

汽車制造的車型更新迭代頻繁，從車型導入到正式生產，防錯技術的使用一直貫穿整個過程，具有減少風險、降低損失、提高產品可靠性的作用。制造防錯裝置需要技術和智慧，而一種新型的防錯裝置應用到現場更需要不斷試驗與驗證。文章根據生產現場零件故障情況、不同車型零件區別和提升自動化等角度，詳細闡述了電磁感應裝置、機械切換裝置、設備檢測提醒等防錯手段在生產現場的應用，實現了降低零件錯漏裝，減少返工返修，提升車身質量的目的，為同行業運用防錯提供了理論和實踐基礎。