“防錯(cuò)技術(shù)”在車身生產(chǎn)車間的應(yīng)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(shù)的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；?、自動(dòng)化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)線高度柔性。一臺(tái)白車身總成由上百個(gè)鈑金零件逐級(jí)焊接而成，焊點(diǎn)達(dá)3000～5000點(diǎn)。電阻點(diǎn)焊和CO2保護(hù)焊是車身零件連接的主要方式，其中，電阻點(diǎn)焊約占總焊的90%。電阻點(diǎn)焊主要是利用電阻熱熔化金屬形成焊點(diǎn)，將兩種或者三種零件焊接為一體[1-2]。在傳統(tǒng)的車身生產(chǎn)車間，焊接自動(dòng)化率低，大量的焊點(diǎn)需要人工操作。由于柔性生產(chǎn)車型多、配置復(fù)雜、零件相似度高,容易在焊接的過程中出現(xiàn)相似零件漏焊、漏裝、錯(cuò)裝等缺陷，導(dǎo)致零件返修、報(bào)廢等，增加了產(chǎn)品制造成本。將防錯(cuò)思想融入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)初期，可以避免由錯(cuò)漏裝而產(chǎn)生的費(fèi)用、周期和成本問題[3]。

防錯(cuò)技術(shù)是利用防錯(cuò)裝置以防止不良發(fā)生和防止不良流出為目的一種工程技術(shù)。防錯(cuò)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(yè)更容易完成，失誤自動(dòng)提示，從防止缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)大化到將失誤影響降至最低。防錯(cuò)思路定義為消除、替代、簡(jiǎn)化、檢測(cè)、減少。防錯(cuò)分為設(shè)計(jì)防錯(cuò)和過程防錯(cuò)，有斷根、保險(xiǎn)、自動(dòng)、順序、隔離等十大防錯(cuò)原理，其防錯(cuò)方法主要有：零件裝配位置唯一、設(shè)計(jì)特征明顯、合并相似零件、夸大零件的不相似性、接觸式防錯(cuò)、簡(jiǎn)化作業(yè)/檢查治具、測(cè)知式防錯(cuò)等[4-6]。

根據(jù)防錯(cuò)原理，可以將現(xiàn)場(chǎng)使用的防錯(cuò)裝置大體分為電磁感應(yīng)裝置、機(jī)械切換裝置、設(shè)備檢測(cè)提醒等類別。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分別介紹各種防錯(cuò)裝置在降低車身漏焊、錯(cuò)裝、漏裝等質(zhì)量缺陷的應(yīng)用情況，為其他企業(yè)減少返修工時(shí)，提升運(yùn)行效率提供指導(dǎo)和借鑒。文中的CN、N等系列型號(hào)皆為作者所在的企業(yè)車型等型號(hào)。

1 電磁感應(yīng)防錯(cuò)裝置

白車身上，側(cè)圍、地總、車門等區(qū)域均裝配很多小零件，這些零件相似度高，個(gè)頭小，裝配位置零散，容易導(dǎo)致零件混裝、漏裝。電磁感應(yīng)防錯(cuò)是利用零部件的形狀不同或工裝上是否有零部件的狀態(tài)，在工裝上加裝電磁探頭，通過電磁探頭是否有感應(yīng)信號(hào)來指揮工裝下一步動(dòng)作，防止零部件混裝和漏裝[7]。電磁感應(yīng)防錯(cuò)裝置常常與各種光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)等相結(jié)合應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，感應(yīng)裝置探測(cè)零件是否裝配到位，是否裝配零件，并與夾具進(jìn)行關(guān)聯(lián)，若探測(cè)不到零件，則無法開啟或關(guān)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(cè)門加強(qiáng)板A防錯(cuò)感應(yīng)裝置

CN系列車型左/右后側(cè)門加強(qiáng)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(dǎo)致鈑金搭接不合，員工不易辨識(shí)。物流配送物料中也無法識(shí)別，容易導(dǎo)致物料混裝，員工安裝過程中識(shí)別困難，很容易出現(xiàn)混裝、裝錯(cuò)造成返修。如圖1所示，在左/右后側(cè)門3#拼臺(tái)零件安裝定位孔設(shè)計(jì)成大小孔[加強(qiáng)板A（左側(cè)）定位孔小，加強(qiáng)板A（右側(cè)）定位孔大]，并在此位置增加防止加強(qiáng)板A左/右混裝感應(yīng)裝置，因?yàn)槎ㄎ豢状笮〔灰粯?。若加?qiáng)板A混裝，定位銷進(jìn)不去，零件安裝不到位，感應(yīng)器檢測(cè)不到零件，則拼臺(tái)夾具不關(guān)夾；員工工作不完成，則拼臺(tái)夾具不開夾。

1.2 N系列車型前地板車型防錯(cuò)裝感應(yīng)裝置

現(xiàn)場(chǎng)N系列車型乘用車前地板有一個(gè)小支架，而商用車前地板無支架，均可以正常安裝到拼臺(tái)上，員工不易辨識(shí)，在生產(chǎn)過程中容易漏裝或者多裝零件。物流配送時(shí)很難進(jìn)行車型區(qū)分，也容易導(dǎo)致物料左右混框?qū)е馒x鴦車出現(xiàn)。利用感應(yīng)器自動(dòng)探測(cè)，可以解決零件漏裝問題。即，在前地板支架位置增加一個(gè)感應(yīng)器，當(dāng)生產(chǎn)乘用車時(shí)，感應(yīng)器檢測(cè)不到支架，則拼臺(tái)夾具不關(guān)夾；當(dāng)前地板與車型不一致時(shí)，拼臺(tái)夾具不打開，如圖2所示。

圖2 前地板支架防錯(cuò)感應(yīng)裝置

1.3 CN系列車門多點(diǎn)涂膠增加光電感應(yīng)

CN系列車型五門一蓋多點(diǎn)涂膠拼臺(tái)，無防漏涂膠動(dòng)作感應(yīng)器，員工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)受到干擾時(shí)，存在漏涂膠風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)漏涂膠門蓋進(jìn)行返修，每臺(tái)返修耗時(shí)0.1 h，每月故障頻次約20臺(tái)，每月返修時(shí)間2 h，造成大量返修成本浪費(fèi)。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化工作容易受到干擾的操作崗位，增加光電感應(yīng)識(shí)別工作完成情況，降低缺陷逃逸，提升質(zhì)量。

如圖3所示，在CN系列五門一蓋涂膠拼臺(tái)，多點(diǎn)涂膠設(shè)備定位銷處增加多點(diǎn)涂膠機(jī)構(gòu)到位光電感應(yīng)器，若多點(diǎn)涂膠設(shè)備未執(zhí)行操作，感應(yīng)指示燈不亮，按工作完成開關(guān)，升降拼臺(tái)無動(dòng)作，拼臺(tái)不上升，無法進(jìn)行零件傳輸，有效識(shí)別涂膠步驟100%執(zhí)行，減少漏涂膠風(fēng)險(xiǎn)，提高班組質(zhì)量輸出，消除返修浪費(fèi)。

圖3 多點(diǎn)涂膠設(shè)備光電感應(yīng)防錯(cuò)裝置

1.4 CN系列前地板螺柱感應(yīng)防錯(cuò)

針對(duì)總成件之間的匹配，選擇零件上具有標(biāo)志性的特征進(jìn)行識(shí)別，然后兩兩配合。減少錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)。標(biāo)志性的特征的選擇必須具備尺寸穩(wěn)定，不易變形的特點(diǎn)，否則也可能導(dǎo)致防錯(cuò)失效。CN系列車型前地板橫梁支架易變形，因?yàn)榱慵叽缙?，感?yīng)器檢測(cè)不到零件，防錯(cuò)失效導(dǎo)致地板錯(cuò)裝。將檢測(cè)支架變更為檢測(cè)螺柱，重新設(shè)計(jì)感應(yīng)器位置，消除了因零件變形導(dǎo)致檢測(cè)不到零件造成防錯(cuò)失效，降低了白車身錯(cuò)裝率，如圖4所示。

圖4 前地板螺柱感應(yīng)防錯(cuò)裝置

2 機(jī)械切換防錯(cuò)

針對(duì)白車身不同的車型配置，因零件A與零件B共用拼臺(tái)、夾具，總成件上局部零件存在多處差異，需要對(duì)差異零件做零件識(shí)別。針對(duì)零件差異點(diǎn)多，在感應(yīng)識(shí)別有元無獨(dú)立座椅支架的基礎(chǔ)上，裝配電控切換開關(guān)，讓不同的車型配置特征進(jìn)行機(jī)械關(guān)聯(lián)。生產(chǎn)線切換車型配置時(shí)直接進(jìn)行整體機(jī)械切換，利用聲光報(bào)警降低了錯(cuò)漏裝的缺陷。

例如CN系列標(biāo)準(zhǔn)型后車體總成5/8座與7座，安裝電控切換開關(guān)，進(jìn)行不同配置車型切換：生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型5/8座時(shí)，員工首先確認(rèn)首臺(tái)后部下車體為標(biāo)準(zhǔn)5/8座狀態(tài)，然后將旋鈕開關(guān)切換到7座檔，夾具無法夾緊操作，有報(bào)警聲提示。切換旋鈕到5/8座檔，夾具正常關(guān)夾；生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)型7座，員工首先確認(rèn)首臺(tái)后部下車體為標(biāo)準(zhǔn)型7座狀態(tài)，然后將旋鈕開關(guān)切換到5/8座檔，夾具無法夾緊操作，有報(bào)警聲提示。切換旋鈕到7座檔，夾具正常關(guān)夾。CN系列標(biāo)準(zhǔn)型后車體防錯(cuò)裝置如圖5和圖6所示。

圖5 CN系列標(biāo)準(zhǔn)型后車體總成

圖6 CN系列標(biāo)準(zhǔn)型后車體防錯(cuò)示意圖

3 設(shè)備檢測(cè)提醒防錯(cuò)

設(shè)備檢測(cè)提醒防錯(cuò)是將感應(yīng)裝置與聲光報(bào)警、激光檢測(cè)、PLC程序等相結(jié)合的一種綜合性防錯(cuò)裝置。廣泛應(yīng)用于無人區(qū)的零件自動(dòng)識(shí)別，車型配置切換提醒，VIN碼重復(fù)刻碼提示，焊點(diǎn)漏焊檢測(cè)等，具有簡(jiǎn)單方便，準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)。

3.1 CN系列前地板錯(cuò)裝檢測(cè)裝置

前地板錯(cuò)裝檢測(cè)裝置是利用光電感應(yīng)、PLC程序、報(bào)警相互關(guān)聯(lián)，防止缺陷逃逸的一種過程防錯(cuò)，可降低缺陷逃逸風(fēng)險(xiǎn)。CN系列車型前地板切換不同配置時(shí)，該拼臺(tái)屬于無人區(qū)，人工無法識(shí)別，存在錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)，造成缺陷逃逸，導(dǎo)致客戶抱怨。制作光電開關(guān)檢測(cè)支架，將光電開關(guān)固定在支架上，并調(diào)整好檢測(cè)角度，感應(yīng)不同車型的零件差異；PLC編輯車型防錯(cuò)程序，增加車型切換旋鈕，連鎖信號(hào)線路。當(dāng)CN系列車型前地板進(jìn)行車型切換時(shí)，若前地板與當(dāng)前車型不匹配，自行小車將不會(huì)取件，并進(jìn)行聲光報(bào)警，防止前地板零件錯(cuò)裝，如圖7所示。

圖7 前地板錯(cuò)裝檢測(cè)防錯(cuò)

3.2 調(diào)整線車型配置掃碼識(shí)別提示系統(tǒng)

調(diào)整線是車身車間的動(dòng)態(tài)線，不同的車型及配置都將集成在調(diào)整線上進(jìn)行門蓋裝配和調(diào)整。生產(chǎn)不同配置車型需要在地總懸掛車輛配置單，調(diào)整線裝配工位識(shí)別配置單內(nèi)容并按車型選取零件，最后再調(diào)整線線尾，摘取隨車配置單。配置單需要在調(diào)整、地總間循環(huán)周轉(zhuǎn)，存在不增值操作，且容易造成零件裝配錯(cuò)誤存在返修浪費(fèi)。

為此，安裝了車型配置差異零件提示系統(tǒng)，利用白車身?xiàng)l形碼進(jìn)行車型識(shí)別，從而動(dòng)態(tài)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(hào)，取消“隨車掛牌取牌”兩個(gè)工作要素，3條地總線每個(gè)打碼工位優(yōu)化工作要素15 s，調(diào)整線優(yōu)化工作要素10 s，有效降低了調(diào)整線門蓋裝錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，如圖8所示。

圖8 車型配置掃碼識(shí)別提示系統(tǒng)

3.3 VIN刻碼重復(fù)提示

VIN碼（Vehicle Identification Number）作為汽車的唯一標(biāo)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(fù)打碼，導(dǎo)致車架總成報(bào)廢，在打碼機(jī)設(shè)備上利用程序設(shè)置VIN刻碼重復(fù)提醒。開班取打碼機(jī)對(duì)大梁碼進(jìn)行刻印，待刻碼完成后，手動(dòng)進(jìn)行空刻對(duì)防錯(cuò)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，若輸入VIN碼為重復(fù)碼，則電腦界面彈出對(duì)話框，提示該VIN碼重復(fù)，是否需要重新刻印，避免了重復(fù)刻碼導(dǎo)致的車身報(bào)廢，如圖9所示。

圖9 VIN刻碼

3.4 簡(jiǎn)易自動(dòng)焊焊點(diǎn)位置激光檢測(cè)

汽車乘用化建設(shè)以來，提升簡(jiǎn)易自動(dòng)焊點(diǎn)可靠性一直是車身研究的重點(diǎn)，常規(guī)采用內(nèi)部Audit和劃線檢查，縱觀國內(nèi)外各種焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法，激光紅外焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)最為先進(jìn)，在自動(dòng)檢測(cè)焊點(diǎn)各類表面和內(nèi)在缺陷的同時(shí)，還能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)焊和修正缺陷，如圖10所示。紅外探測(cè)的原理是利用自動(dòng)焊在焊接完成的一定時(shí)間內(nèi)焊點(diǎn)維持一定的溫度，發(fā)出特定的波長(zhǎng)，激光紅外探測(cè)器就是依靠探測(cè)焊點(diǎn)發(fā)出的波長(zhǎng)而進(jìn)行工作的。當(dāng)焊點(diǎn)溫度發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)失去電荷平衡，激光紅外探測(cè)器感應(yīng)不到就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。在拼臺(tái)鋼構(gòu)上安裝激光裝置，對(duì)前地板大梁自動(dòng)焊點(diǎn)進(jìn)行激光檢測(cè)，確保自動(dòng)焊點(diǎn)無漏焊、無邊緣焊、無位置偏移，真正實(shí)現(xiàn)焊接、檢測(cè)、控制融為一體形成智能型檢測(cè)系統(tǒng)。

圖10 前地板大梁自動(dòng)焊點(diǎn)激光檢測(cè)

3.5 補(bǔ)焊線智能視覺系統(tǒng)

機(jī)器人補(bǔ)焊線負(fù)責(zé)焊接人工焊點(diǎn)之外的所有焊點(diǎn)，焊點(diǎn)數(shù)量多且分布復(fù)雜，機(jī)器人焊接速度快穩(wěn)定性高，大大節(jié)省了人力，提高了生產(chǎn)效率。雖然機(jī)器人工作穩(wěn)定，但長(zhǎng)時(shí)間不間斷的工作和一些人為原因有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問題導(dǎo)致漏焊等問題。

針對(duì)此，增設(shè)了一種智能視覺焊點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)在機(jī)器人補(bǔ)焊線工位，通過視覺識(shí)別來檢測(cè)每輛經(jīng)過此系統(tǒng)車輛設(shè)定部位的所有焊點(diǎn)，判斷是否焊接完成該部位所有焊點(diǎn)，如圖11所示。該系統(tǒng)由圖像采集器、raspberry信號(hào)處理器及結(jié)果顯示輸出三大部分組成。

圖11 補(bǔ)焊線智能視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)目前主要檢測(cè)各車型左右裙邊以及前輪罩焊點(diǎn)，當(dāng)車輛到達(dá)該系統(tǒng)工位后，系統(tǒng)開始識(shí)別車輛型號(hào)并開始收集視頻圖像，通過raspberry（一種多功能的單板計(jì)算機(jī)，檢測(cè)系統(tǒng)）進(jìn)行分析識(shí)別焊點(diǎn)數(shù)量是否準(zhǔn)確無誤，最終輸出檢測(cè)結(jié)果。整個(gè)檢測(cè)過程只需要兩秒鐘即可完成。結(jié)果會(huì)通過三種方式來表達(dá)：①聲音輸出，如果檢測(cè)結(jié)果判定有漏焊會(huì)有提示音；②柱燈顯示，左右兩邊各兩個(gè)柱燈，如無問題則顯示綠色，反之相應(yīng)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(jié)果電腦會(huì)進(jìn)行收集。補(bǔ)焊線智能視覺系統(tǒng)將不再需要人工彎腰檢測(cè)焊點(diǎn)，大大降低了人力成本，保證車身質(zhì)量輸出，如圖12所示。

圖12 補(bǔ)焊線智能視覺系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

4 結(jié)束語

汽車制造的車型更新迭代頻繁，從車型導(dǎo)入到正式生產(chǎn)，防錯(cuò)技術(shù)的使用一直貫穿整個(gè)過程，具有減少風(fēng)險(xiǎn)、降低損失、提高產(chǎn)品可靠性的作用。制造防錯(cuò)裝置需要技術(shù)和智慧，而一種新型的防錯(cuò)裝置應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)更需要不斷試驗(yàn)與驗(yàn)證。文章根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)零件故障情況、不同車型零件區(qū)別和提升自動(dòng)化等角度，詳細(xì)闡述了電磁感應(yīng)裝置、機(jī)械切換裝置、設(shè)備檢測(cè)提醒等防錯(cuò)手段在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了降低零件錯(cuò)漏裝，減少返工返修，提升車身質(zhì)量的目的，為同行業(yè)運(yùn)用防錯(cuò)提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。