控制精度不匹配造成表面缺陷解決方法

于光輝，郭東棟,2，張丁博

控制精度不匹配造成表面缺陷解決方法

于光輝1，郭東棟1,2，張丁博1

（1.北京奔馳汽車有限公司，北京 100176；2.北京大學，北京 100871）

在白車身生產制造環節中，由于零件與工裝夾具相對位置不穩定，很容易造成磕碰問題，從而帶來白車身的表面質量缺陷，部分嚴重缺陷也可引發其他風險問題。文章闡述了某車型在生產制造中，因上下制造環節控制精度不匹配造成零件表面磕傷缺陷和線束孔密封性問題，在不進行新的投資改造條件下，通過優化調整的方式來解決這類問題。在分析調查的過程中使用流程圖分析法識別問題發生點；在解決問題的過程中，一方面提高控制精度低環節的精度，另一方面增加控制精度高環節的容錯度，通過這兩方面的組合式調整，解決因控制精度不匹配造成的磕碰問題，避免表面質量缺陷的產生，從而降低了返修成本且消除了影響線束孔密封性的風險點。

表面質量優化；流程圖分析法；控制精度；容錯度

某車型在序列化生產過程中，側圍外板總成左右A柱的定位孔會不定期出現變形問題。缺陷位置均位于定位孔的車尾方向區域，定位孔法蘭邊沿局部區域有磕碰痕跡，缺陷狀態如圖1所示。缺陷發生的時間段隨機，缺陷率在2%左右；該定位孔在多個工位均有使用，同時缺陷出現的頻率低，因此，現場隨機抽查很難確定問題發生的具體位置和根本原因。該問題可能會造成以下三方面影響：白車身表面質量、車身尺寸和線束安裝密閉性。經過對白車身表面質量的評判，其為三級缺陷項、不可接受狀態，因此，該問題會對白車身表面質量產生影響。抽選三輛缺陷較為嚴重的白車身，其三坐標測量值均在公差范圍內；與無缺陷車身相比，方向最大偏差為0.31 mm，尺寸精度影響不大。小部分較為嚴重的缺陷，如不修復，有潛在的線束安裝密閉性風險。因此，在檢查過程中需進行徹底檢查，同時修復過程耗時較長且修復難度大，并存在車輛報廢風險，該缺陷的出現既造成了較大的制造成本浪費，又影響車間的一次性合格率，從而成為困擾車間的一個難題，亟需解決。

圖1 側圍左右A柱定位孔變形

1 原因分析

1.1 工藝過程介紹

在該車型的白車身制造環節中有地板、側圍、主線合拼和裝配調整等多項工藝，A柱定位孔變形缺陷發生在側圍和主線合拼區域。在這個區域內將側圍外板、加強板及小件合拼為側圍外板總成后，先通過空中積放鏈輸送形式將左右側圍從兩個方向運送到主線合拼工位的上方；在通過機器人抓手將側圍外板總成從空中積放鏈中取走放入到主線區域的側圍涂膠臺中，且涂膠臺上有定位銷及多處夾具，用以保證涂膠位置的準確性，如圖2所示；涂膠完畢后，通過機器人抓手的搬運將車身和側圍合拼；最后安裝車頂橫梁，并進入車身定位工位進行定位焊接，完成上述工藝后，側圍已經和車身初步連接在一起，后續工位進行補焊及其他車身連接工藝。

圖2 出現表面缺陷區域工藝情況

1.2 缺陷源頭追查

由于該缺陷產生具有一定的隨機性且接觸A柱定位孔的工位較多，為盡快鎖定缺陷位置、查出缺陷的根本原因，采用流程圖分析法對整個工藝過程進行系統性排查[1]。其中側圍外板的沖壓來件、側圍島內的定位點焊工裝、熔化極惰性氣體（Melt InertGas,MIG）保護焊人工返修臺、側圍搬運抓手、空中積放鏈、主線涂膠工裝、主線搬運抓手、主線定位焊夾具等多處都有潛在風險，如圖3所示。為提高排查效率，在排查過程中，將整個工藝過程分為以下四部分：由側圍外板的上件口到上空中積放鏈前是第一部分，空中積放鏈到人工上橫梁是第二部分，人工上橫梁經主線定位焊工裝到人工MIG焊是第三部分，人工MIG焊之后是第四部分。其中，分別在三處人工檢查點進行檢查，并標記和缺陷數量統計，來確定問題出現在整個環節的具體位置。

通過連續兩周的問題追蹤，在工人檢查1中未發現定位孔變形缺陷，工人檢查2中發現定位孔變形缺陷，每天數量平均在20多個，在工人檢查3中除檢查2發現的缺陷外未發現新的缺陷，通過上述檢查結果最終鎖定缺陷發生整個工藝過程的第二部分，具體位置在機器人抓手從空中積放鏈取下側圍到側圍和車身搭扣前的這一環節。在這個環節中，抓手將側圍懸掛到空中積放鏈過程中不會造成上述缺陷，但抓手攜帶側圍往涂膠臺放置時，側圍會在涂膠工裝中完成一次側圍定位過程，側圍定位孔和定位銷會有接觸，在某些情況下當定位孔和定位銷出現不對中的情況，便會造成側圍A柱定位孔磕碰，從而產生質量缺陷，圖4描述了兩個制造環節連接處產生缺陷及缺陷產生的具體位置。

圖3 表面缺陷風險點分布流程圖

圖4 缺陷產生上下環節及發生位置

1.3 變形原因分析

為查明在側圍下落到主線涂膠工裝過程中，側圍的定位孔和工裝定位銷發生接觸的原因，先后對機器人本體結構、抓手及運動軌跡進行排查，但未發現可疑問題；根據三坐標測量結果可以確定零件尺寸狀態穩定且在合理范圍內；因此，潛在風險點被鎖定在零件生產轉運過程中。在零件轉運過程中，空中積放鏈將側圍外板總成從側圍生產區輸送到主線生產區，再通過機器人抓手從空中積放鏈下件口搬運到主線涂膠工裝。在運輸中空中積放鏈上的托盤通過兩個支撐塊和一個控制方向的定位塊來保證側圍總成的位置狀態。

通過對大量缺陷件的分析，發現缺陷集中在定位孔的車尾方向區域，即正方向出現變形或是磕傷。其原因是，側圍在空中積放鏈運輸過程中起到支撐作用的兩個支撐塊出現不同程度的磨損，導致側圍頭部和尾部不平衡，在積放鏈運動的過程中側圍整體出現一定的旋轉，造成空間位置發生變化，如圖5所示。機器人抓手從空中積放鏈上取件過程中并沒有定位功能，而是通過氣缸夾頭夾緊的方式將其從空中積放鏈搬運出來，在放件的過程中，機器人抓手搬運后側圍在下落過程中，部分側圍A柱定位孔和涂膠工裝定位銷出現摩擦接觸。

深究其原因，控制側圍向的B柱定位孔長度為36 mm，定位塊長度為33 cmm，兩者之間存在3 mm的間隙；在運輸過程中，這個間隙會隨著空中積放鏈的震動劇烈程度和支撐塊的磨損情況而變化；同時，由于空中積放鏈結構特性，其本身也具有一定的偏差，進而導致側圍在空中積放鏈的運輸過程中累積偏差大于3 mm。

圖5 空中積放鏈運輸方式及存在的問題點

但是，主線區域的涂膠工裝上的定位孔和定位銷之間的間隙是0.4mm。這樣就造成了兩個生產環節的控制精度不匹配，在這種情況下極易產生磕碰缺陷[2]。如圖6所示。

圖6 空中積放鏈和主線涂膠工裝控制精度偏差

2 措施及結論

該表面質量缺陷造成的原因是因為在制造環節中上下環節精度不匹配，由高精度環節到低精度環節過程中零件位置偏移導致零件和工裝定位銷磕碰，引起表面質量缺陷[3]。在不進行重新設計改造的前提下，一方面提高低精度環節的控制精度，另一方面增加高精度環節的容錯度，同時做好日常的維護保養，使好的狀態能夠長久保持下去。

2.1 提高積放鏈的運輸精度

在現有空中積放鏈和托盤不做重大改造的背景下，提高空中積放鏈運輸側圍的精度。首先對所有托盤進行編號并排查，保證上線托盤全部通過檢具校準；其次對缺陷車輛進行變形量測量，通過數據分析可以發現定位孔變形長度集中在 1 mm附近，調整中值將B柱定位孔定位塊向前移動1 mm，調整后先小批量測試，無誤后進行全面調整。

圖7 小車支撐塊磨損量數據分析

為消除側圍在運輸過中出現的旋轉現象，對所有出現缺陷的小車支撐塊磨損程度使用游標卡進行測量，記錄數據，圖7為一周內的支撐塊磨損量數據統計結果，從圖中可以看出，當磨損量超過2.4 mm后，缺陷車的數量開始增加，根據此數據制定托盤上支撐塊磨損更換標準，即定義 2.4 mm為磨損更換標準，定期對托盤支撐塊進行測量，當發現磨損量超出標準，及時更換；同時通過機械結構保養等措施減少空中積放鏈在運輸過程中的震蕩程度。

2.2 增加主線涂膠定位工裝的容錯度

在側圍A柱定位孔與定位銷接觸的這一環節中增加容錯度，一方面調整側圍放件時的軌跡路徑，預留側圍和定位銷接觸時位置移動的靈活性；另一方面通過優化定位銷型面，在保證原有定位功能無損失的前提下，增加導向功能。

2.2.1調整機器人向涂膠工裝放件的過程軌跡

機器人軌跡程序修改，將預放件位置的軌跡點由點對點（Point To Point, PTP）軌跡形式更改為線段（Linear, LIN）跡軌形式，保證每次都能按照直線的方式準確地落在定位銷的正上方。提高預放件軌跡點在定位銷正上方的位置，沿軸正方向提高4 mm，如圖8所示（即抓手提前釋放側圍）。這樣在側圍A柱定位孔接觸定位銷后，沿著定位銷的導向面自由落下，定位銷在此過程中除了起到定位作用也起到導向作用，即使側圍位置有一定偏差，在定位銷導向的作用下，側圍也能自主地落在定位銷里。

由于機器人過程軌跡的更改（沿軸正方向上移4 mm），側圍有可能出現無法下落到目標位置的情況。增加到位傳感器，以確保零件到位后，再觸發程序進行后續工裝夾具夾緊的步驟。

圖8 調整側圍抓手機器人放件軌跡

提前釋放側圍，可能會造成側圍表面質量缺陷，為避免此問題的產生，調試階段反復測試，并對實驗車輛進行車輛表面質量確認和評判，測試無問題后新機器人程序投入使用。

2.2.2優化定位銷形狀

配合機器人放件軌跡優化，在保證定位面尺寸不變的情況下，改變定位銷導向面的坡度，使坡度更陡。同時增加定位銷導向的長度，對過渡邊沿進行有限打磨，使其平滑，減少接觸時磕碰程度如圖9所示。配合機器人軌跡的調整，使機器人放置側圍的過程更加順利，增加一定的容錯度[4]。

圖9 涂膠定位工裝上定位銷優化前后對比

2.3 定期檢查保養

完善動力裝置、張緊裝置、傳動軸等多部份的加油保養，對張緊鏈條檢查張緊度，對積放鏈托盤組件進行檢查，確保托盤運行平穩無卡滯，上述這些措施保證空中積放鏈機械結構正常運轉和減少零件轉運過程中位置波動。

同時針對容易磨損的部件，如支撐塊等加強日常的檢測頻率，建立易損件的追蹤記錄，根據更換標準定期做好檢查和更換工作[5-6]。

3 結束語

綜上所述，針對白車身側圍外板總成A柱定位孔變形問題，通過使用流程圖分析法對所有可能接觸點進行風險點排查和關鍵點檢測，成功識別這類批量缺陷發生的位置。通過對缺陷零件的分析和現場設備及工裝的調查，確定了缺陷的原因是上下兩個制造環節的控制精度不匹配，高精度向低精度過程中零件位置偏移造成了磕碰[7]。在明確問題原因后制定相應措施，一方面提高積放鏈的運輸精度；另一方面制定支撐塊磨損更換標準，同時調整機器人放件軌跡和改善定位銷形面進而增加放件時的容錯度、并配合定期維護保養。

上述措施實施后A柱方孔的表面質量缺陷得到了徹底的解決，對多輛車進行表面質量評判，結果為可以接受，在后續的持續追蹤中，在該區域未再出現不可接受的表面缺陷問題；同時雖然定位銷和方孔仍有局部位置接觸，但接觸區域均處在孔的內壁邊沿側，消除了影響線束孔安裝密封性的風險點。

通過對因上下生產制造環節控制精度不匹配問題的分析研究，使得該類缺陷成因明確，問題得以解決，進一步降低了生產制造成本。

[1] 唐張偉.基于頭腦風暴法與流程圖法的航空制造企業某改裝項目風險識別[J].江蘇科技信息,2014(23): 125-126.

[2] 馬繼.基于DMAIC理論對A公司汽車外觀間隙的改善研究[D].廣州:華南理工大學,2018.

[3] 張天宇.白車身生產過程質量控制的研究[D].長春:吉林大學,2019.

[4] 宋筠毅,陳云,黃晨吉,等.基于應力分析的車身底板定位銷結構優化設計[J].上海汽車,2017(2):6-8.

[5] 陳曼龍.懸掛式積放鏈爬行現象的原因分析與解決途徑[J].起重運輸機械,2010(12):87-89.

[6] 張曉龍,王迪,劉久月,等.車身零件積放式輸送器的應用與設計[J].汽車工藝與材料,2021(1):57-63.

[7] 徐帆,邱興發.車身尺寸精度控制難點和策略研究[J].時代汽車,2021(19):139-140.

Solution to the Problem of Precision Mismatch in Manufacturing Process

YU Guanghui1, GUO Dongdong1,2, ZHANG Dingbo1

( 1.Beijing Benz Automobile Company Limited, Beijing 100176,China;2.Peking University, Beijing 100871, China )

In the manufacturing process of body in white (BIW), the surface quality of BIW is easy to be caused due to the unstable position of parts and fixtures and some serious defects can also cause other risk problems. This paper expounds the solution to the problem of parts deformation caused by the mismatch of upper and lower manufacturing accuracy in the manufacturing process of a vehicle model, without new investment. In the process of analysis and investigation, the flow chart analysis method is used to identify the point of occurrence of the problem; In the process of solving the problem, on the one hand, improve the precision of low precision links, on the other hand, increase the fault tolerance of high precision links. Through the combined adjustment of these two aspects,and the surface quality defect is avoided, thereby reducing the higher rework cost and eliminating the risk point affecting the sealing of the wiring harness hole.

Surface quality optimization;Flow chart analysis;Positioning accuracy;Fault tolerance

U466

B

1671-7988(2022)24-129-05

U466

B

1671-7988(2022)24-129-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.024

于光輝（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為焊裝生產制造技術，E-mail:yuguangh6@163.com。