車身精度改進與測量系統的偏差淺析

摘 要：汽車民族自主品牌在國家和相關政策引導下，取得了突飛猛進的成績，國內銷售市占率逐年上升，2024年更是首次打敗合資品牌汽車，一舉奪得國內銷量頭牌。所謂“冰凍三尺，非一日之寒”，這份驕人業績的取得離不開國家相關部門的支持和所有汽車同行的努力。銷量的陡然攀升，質量必然也是同步提升的，否則將面臨批量召回的風險，畢竟當代消費者的觀念越來越理智，對產品質量的審視角度和眼光也是越來越挑剔，而且大部分的消費者所能看到和摸到的，就是內外飾裝配的外觀質量。內外飾裝配的外觀質量，在一定程度上是依賴于車身骨架總成的精度，車身精度作為焊裝五大品質特性之一，在汽車的整個生產制造過程中扮演著舉足輕重的角色。

關鍵詞：車身精度 測量系統 偏差分析

汽車四大工藝中的焊裝工程，作為承上啟下的一道工程，與沖壓、涂裝、總裝工程均密切相關，而且隨著新工藝、新技術的不斷發展，焊裝工程不僅局限于傳統的連接工藝，其所涵蓋的工藝、技術領域也越發復雜。當然焊裝工程的五大品質特性，是焊裝工程亙古不變的基礎，它們分別是車身精度、焊接強度、異響、漏水和外觀面品。我本人連續從事焊裝工程工藝技術領域十年有余，從我對五大品質特性的理解來看，車身精度應該位列品質特性之首，因為其他四個品質特性的質量，在一定程度上均依賴于車身精度的合格與否。所以本文主要介紹車身精度改進及過程測量系統的偏差分析[1]，希望本文對從事焊裝工程領域的同行提供一定參考價值。

1 車身精度測點選取原則

首先，車身作為整車的骨架和總裝內外飾零件裝配的載體，其精度達成結果是焊裝車間的一級指標，重要性不言而喻。那么，我們把車身精度合格率的計算公式先定義清楚，目前國內大多數車企的車身精度合格率=合格測點元素數/測點元素總數×100%。指標的衡量公式定義清楚了，接下來我們來講述下車身精度中的測點，車身骨架上并不是所有的孔位、型面或邊線都要納入測點文件進行日常性的監控：第一，三坐標室測量機可能因為產品結構設計或軌跡空間受限無法完成相關點位的數據采集工作；第二，沒有重點的撒網式監控，監控的數據就失去了參考價值。實際上，車身測點的選擇要遵循一定的原則，從以往的項目經歷和實踐活動，這些原則大致包括以下：①車身測點能全面反映車身骨架的真實狀態，即車身測點選取全面、科學、合理，車身的重點部位和一般部位都能監控到；②車身測點應能覆蓋總裝工程所有的裝配件，即內外飾零件的安裝孔，零件匹配面和匹配邊線；③一旦超差可能發生重大質量事故或批量質量問題的車身測點，要納入測點文件開展日常監控，例如側圍外板主定位孔位置度。車身測點文件是車身精度的標準文件，測點的選取在一定程度上也會關系到車身精度達成的高低，所以車身測點文件的編制務必謹慎，在滿足上述選取原則的基礎上，進行適當的取舍。

2 車身精度主要改進方向

其次，車身精度的測點選取明確后，從廣義角度來剖析下車身精度，車身精度是白車身實際尺寸狀態與設計尺寸狀態偏差對比的體現，涉及生產制造過程中的方方面面，但是實際生產制造過程中，我們往往從以下幾個主要方面開展車身精度改進工作，它們是鈑金單件精度、工裝夾具精度、焊接變形。鈑金單件的監控，一般在開發設計階段會開發檢具，單件精度的檢測比較高效、準確，并且單件精度檢測人員技能要求較低，培養周期短；工裝夾具精度的檢測需要使用便攜式關節臂檢測，且需要在非生產時間開展檢測工作，甚至是生產期間的某個間隙時間段進行檢測，對檢測人員的技能和熟練度要求較高，包括便攜式關節臂的很多注意事項和應對措施，需要檢測人員熟知并能操作處置、測量數據的異常如何快速判定原因和采取應對措施等；焊接變形對車身精度的影響并非微乎其微，可以說是車身改進過程中的隱形殺手，識別難度較大，需要機器人調試人員有豐富的現場實踐經驗，雖然焊接變形無法100%消除，但是將變形量控制在一定范圍內，還是可以滿足車身精度改進方面的需求的。綜上所述，工裝夾具精度的管控就成了車身精度改進過程中的重中之重。作為工藝技術人員，管理一個變量在受控范圍內，我們就要用到標準和數據，那么工裝夾具精度數據是需要使用便攜式關節臂收集，便攜式關節臂的使用工況千差萬別，所以我們在測量系統偏差的產生原因和應對措施上，我們展開具體的分析。

3 測量系統偏差原因及改進建議

我們從測量系統技術層面來分析便攜式關節臂使用的全過程，對測量系統偏差的產生，給出建議性改進意見。

3.1 設備精度

便攜式關節臂的設備精度一般是可以達到千分之一，例如法如關節臂的單點測量精度0.044mm，而在車身精度改進的實際工作中，車身精度改進工作是圍繞鈑金單件和工裝夾具調整展開的，鈑金單件和工裝夾具的優化調整基本上是按十分之一的規格進行改進，所以設備本身精度遠遠超出了車身精度日常維持與改進的需求。

3.2 檢測環境

便攜式關節臂在操作過程中，檢測結果受操作環境和操作過程的影響是比較明顯的。首先，便攜式關節臂固定位置的選取，一般情況下，在工裝夾具BASE面足夠的情況下，我們建議優先將便攜式關節臂吸附固定在夾具BASE面上，可以保證在測量過程中，關節臂與工裝夾具的相對位置不變，數據收集的準確度更高，但是吸附固定在工裝夾具BASE面的方式也存在缺陷，即關節臂的測量路徑可能與工裝夾具單元干涉導致數據無法收集，所以在吸附固定前，需要對可達性進行預判或模擬。當遇到工裝夾具BASE不滿足關節臂吸附固定的工況，需要使用三腳架，將三腳架擺放到工裝夾具合理的位置，并使用熱熔膠將三腳架與地面粘貼牢靠，來保證關節臂與工裝夾具的相對位置，三腳架的擺放位置，需保證關節臂可以覆蓋工裝夾具所有單元的檢測，大多數工況是不需要預判即可滿足的，但是極特殊工況除外。在測量過程中，從測量現場來往的人員和檢測者本人都有可能會觸碰到三腳架，雖然熱熔膠并沒有開裂或分離，可是這種外界的沖擊和不確定性，對測量系統的數據偏差，讓技術人員產生一些質疑。

3.3 坐標系的創建方法

通常情況下，我們用到的建系方法有最佳擬合法和321法，偶爾也會使用迭代法建立坐標系，坐標系創建方法各有利弊，例如最常用的最佳擬合法，當一個或一個以上的基準孔的加工誤差較大時，通過最佳擬合法就可以將誤差平均分配到每個基準孔，看似是減小的誤差，實則會導致坐標系與車身坐標系出現偏移，進而工裝夾具定位單元的測量結果出現偏差，測量系統的數據偏差與車身精度的偏差不一致，會直接影響車身精度的改進和技術分析。321法對BASE平面度和選取兩個基準孔的連接線的直線度要求很嚴格，尤其是直線的選取，因為一旦與車身坐標系擬合出現偏差，就會導致測量結果出現較大偏差，所以我們必須選擇連線長度最大的兩個基準孔創建坐標系的一個虛擬軸，只有這樣才能保證測量系統偏差足夠小，測量的數據也就更能支持車身精度的改進。迭代法是建立坐標系很少使用的方法，主要應用的場景是，待測量的工裝夾具較大，而我們又需要在同一個坐標系下收集所需定位單元的數據，但建立一次坐標系無法完成所有定位單元數據采集的場景時才會應用到迭代法，這種創建坐標系的方法弊端就顯而易見了，由于實物（一般是指工裝夾具）在實際使用過程中會有消耗，導致與設計狀態出現偏差，創建的原坐標系經過測量系統的迭代后，很有可能導致迭代后的坐標系偏差進一步放大，一旦坐標系的基準偏差放大，那么測量系統采集的數據偏差就會變大，對于車身精度改進分析產生不利影響。當然隨著測量技術的不斷發展，激光跟蹤儀應運而生，有效地克服了迭代法的弊端，激光跟蹤儀采用無接觸測量，測量精度更高，但是激光跟蹤儀的采購費用高昂，一般大型規模企業可能會采購使用一臺，中小型企業不會購入如此昂貴的高精密儀器。

3.4 測點準確度

在測量取點過程中，需要特別注意點位要有代表性，采點時盡量保證點位的數據已傳輸到測量系統后再采集下一個點位，因為取點速度過快，會導致測量的點位是球頭移動過程中非定位單元上采了一個點，這個點并未在點位的預采位置，導致形成的特征并不能代表實物的真實位置度，這不僅會給工裝夾具精度數據管理帶來困擾，也不利于車身精度的改進。

4 車身精度與測量系統的偏差分析與改進

車身精度的改進一定要基于大量的車身檢測數據，是基于SPC曲線[2]分析出測點元素偏差的規律和初步原因，然后結合工裝夾具的測量數據制定改進驗證措施。下面舉三個常見示例進行說明，示例中測點均為單點測量數據分析：

（1）車身某測點測量數據統計如圖1所示，穩定位于標準和下限之間，其可能原因及改進措施是：①鈑金單件孔位穩定偏差，調查沖壓沖頭位置度是否偏差并及時糾偏；②工裝夾具定位單元穩定偏差，對工裝夾具定位單元進行標定并恢復0位調整。

（2）車身某測點測量數據統計如圖2所示，實際值在上限和下限之間大幅波動，偶有超差，其可能原因及改進措施是：①沖壓沖頭松動，調查沖壓沖頭是否松動并進行緊固；②工裝夾具定位銷磨損，測量定位銷直徑是否達到更換標準，及時進行更換；③工裝夾具定位單元松動，調查工裝夾具定位單元是否松動，及時進行緊固；④生產制造過程不穩定干涉點，調查在生產過程中是否存在不穩定因素，采取有效措施及時消除（例如干涉點）。

（3）車身某測點測量數據統計如圖3所示，在標準范圍內，連續多點呈現上升趨勢，其可能原因及改進措施：①鈑金單件孔位偏差，調查沖頭位置度是否偏移，及時糾偏；②工裝夾具定位銷磨損，測量定位銷直徑是否達到更換標準，并及時更換；③工裝夾具定位單元位置度偏移，測量工裝夾具定位單元位置度，及時糾偏；④鈑金匹配面的偏差，調查匹配對手件的匹配面是否存在連續穩定偏差，及時改進。

工裝夾具是車身制造過程中最重要的裝備[3]，也是車身精度維持與改進應該重點管理的裝備，本人建議依據改進的車身測點性質和重要度，來評估是一次性永久調整還是臨時性調整驗證、車身精度驗證合格后再實施永久性調整。在這里也給出本人的建議，其實是與前文所述車身測點選取原則中第③項是對應的關系，當對全局性產生影響的車身測點進行調整時，要先進行臨時性調整，驗證有效且合格后再實施永久性調整；如果調整的工裝夾具定位單元僅影響個別車身精度測點的情形，建議慎重實施永久性調整，畢竟夾具永久性調整后，一旦驗證不充分，出現質量問題定是批量性的。當車身精度的偏差和工裝夾具的偏差并沒有相關性的時候，就需要技術人員拋開這個測點，從隱形的影響因素考慮改進措施。

5 結語

車身精度作為車身骨架的重要質量指標，應該得到汽車制造業的足夠重視。建議車身系統以車身精度為中心，以工裝夾具數據管理和鈑金單件精度管理為重點，系統地識別和分析生產制造過程中的影響因素，將風險因素形成清單，結合當前工藝技術發展水平，制定出有效的控制措施。當然在生產制造環節，需要將控制措施轉化為實際可執行的監測表，將每一個制造過程影響因素控制在可控范圍內，只有每個環節的有效實施和落地，才能保證我們的車身骨架穩定性和一致性，才能為客戶提供高品質的產品，逐步建立起客戶對產品的信任，形成鏈式效應，保證企業穩固發展和長久不衰。

參考文獻：

[1]夏朋朋.淺談車身精度影響因素分析[J].時代汽車，2022（20）：134-136.

[2]何雷祖. SPC理論在白車身上的運用實踐[J].時代汽車，2020（12）：137-138.

[3]劉丹，彭瑩，劉強強.乘用車焊裝夾具定位基準設定原則及精度維持管理方法[J].天津科技，2024，51（07）：78-81.