柔性隨行工裝系統(tǒng)尺寸質(zhì)量控制

林敏

摘 要：柔性隨行工裝是指具備工裝定位功能的高速傳輸單元，已被越來越多地運用于高柔性高自動化的白車身焊接車間。文章介紹了柔性隨行工裝的結(jié)構(gòu)、特點，以及在汽車工業(yè)白車身中的應(yīng)用區(qū)域，對其優(yōu)勢做了歸納，并針對制造過程中柔性隨行工裝的尺寸質(zhì)量控制給出新的迭代方案，對柔性隨行工裝應(yīng)用推廣起到一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：白車身;隨行工裝;尺寸質(zhì)量

中圖分類號：U463.82 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-132-04

Abstract： Flexible accompanying tooling refers to a high-speed transmission unit with tooling positioning function， which has been increasingly used in highly flexible and highly automated body-in-white welding workshops. The article introduces the structure and characteristics of flexible accompanying tooling， as well as the application area in the automobile industry body-in-white， summarizes its advantages， and gives a new iterative solution for the size and quality control of flexible accompanying tooling in the manufacturing process. The application of accompanying tooling plays a certain reference role.

Keywords： Body in white; Accompanying tooling; Dimensional quality

CLC NO.： U463.82 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-132-04

前言

如今，為滿足客戶針對汽車產(chǎn)品多樣化的需求，汽車生產(chǎn)廠商出于對設(shè)備、場地及人員成本等因素的考慮，各大汽車公司都開始進行多車型、柔性化的生產(chǎn)。而其中焊接生產(chǎn)線相對于涂裝線和總裝線來說剛性強，多品種車型的通過性差，每更新?lián)Q代一種車型，均需要更新占用車間大份額投資的大量專用設(shè)備。因此，焊裝生產(chǎn)線的混流柔性技術(shù)引起國內(nèi)外汽車制造業(yè)的廣泛重視。要實現(xiàn)不同車身共線生產(chǎn)，首先需要保證白車身最為重要的車身下車體的共線柔性生產(chǎn)，畢竟汽車關(guān)鍵的部件諸如懸架和發(fā)動機都將裝載在車身下車體上，而柔性隨行工裝又因其本身的效率高柔性高等因素越來越多地被主流汽車生產(chǎn)公司運用。下面我們從柔性隨行工裝的結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢及其尺寸質(zhì)量控制進行闡述，為后續(xù)隨行工裝在線應(yīng)用提供更好的參考。

1 柔性隨行工裝的種類及結(jié)構(gòu)介紹

如圖1所示，柔性隨行工裝集成了傳輸和工裝定位功能，其競爭優(yōu)勢在于傳輸時間短，節(jié)約能源，有很高的尺寸精度要求，能進行離線維護且減少新平臺引進對現(xiàn)場的影響。

當(dāng)各車型地板定位有差異時，一般采用機械切換的方式。根據(jù)每個車型定位孔的相對位置不同，通過切換工裝夾具定位機構(gòu)來實現(xiàn)。實現(xiàn)工裝夾具定位機構(gòu)切換有多種方法，例如可以針對不同車身的定位孔設(shè)計多組定位機構(gòu)，當(dāng)一組定位機構(gòu)升起進行定位時，另幾組定位機構(gòu)下降或者旋轉(zhuǎn)來進行避讓;也可以針對不同車身定位孔（孔徑相同）設(shè)計一組定位機構(gòu)，通過切換其位置來實現(xiàn)不同車型的定位，當(dāng)然也可以通過更換整個定位機構(gòu)來實現(xiàn)下車體的精確定位。

在傳輸上一般我們采用以下兩種形式：高速滾床驅(qū)動和摩擦驅(qū)動。

高速滾床驅(qū)動形式承載大（如圖3），適用于底板總成及整車這些重量大部件生產(chǎn)的主線區(qū)域（負載不宜超過1500kg）。一般由高速馬達帶動驅(qū)動輪來推動隨行工裝前行，在每個高速滾床中，都裝有編碼尺的讀碼器，隨行工裝的加速、運行、減速、停止完全靠編碼尺和讀碼器來進行控制，編碼尺可以自動將其糾正到位（編碼尺一個移動單位是0.8mm）。從定位上講，在工位前部運用一個XY向的定位銷與隨行工裝上的定位銷套相匹配，再運用工位后部的Y向定位導(dǎo)輪與隨性工裝上的Y向定位塊相結(jié)合來確保隨行工裝在工位上的XY向位置，另外每個工位上有六個基準(zhǔn)塊來定位隨行工裝的Z向尺寸，通過這些來精確定位隨行工裝。而隨行工裝上的定位機構(gòu)諸如定位銷，基準(zhǔn)平面來定位所傳輸?shù)陌总嚿聿考?/p>

摩擦驅(qū)動形式主要用于負載較輕的情況（小于500kg），適用于前艙總成及后地板總成等這些重量略小的部件生產(chǎn)的分拼區(qū)域。一般在工位上會有一組驅(qū)動輪由馬達帶動，作用在隨行工裝上的摩擦桿后從而帶動隨行工裝前行。從定位上運用工位上Y向及Z向的定位塊與導(dǎo)輪與隨行工裝上的導(dǎo)輪及定位塊相互作用來確保YZ位置，在X向運用一組高精夾具來夾緊隨行工裝確保隨行工裝在工位上X向的尺寸精度。如圖4：

2 柔性隨行工裝的優(yōu)勢

首先，柔性工裝最大的優(yōu)勢是傳輸速度快，它采用高速滾床作業(yè)，高速滾床傳輸時間只需要8秒（針對6米的工位間距），比我們一般采用的普通雪橇傳輸，或者往復(fù)線傳輸要節(jié)省10秒左右。因此增加了每個工位的增值時間，每臺機器人能多打2～3點，一般一條60JPH的整車主線能少投30臺焊接機器人和6個工位，大大節(jié)省項目投資和工藝面積。

其次，多平臺柔性生產(chǎn)時，簡化了工位底板區(qū)域的定位機構(gòu)，且隨行工裝只有接放車體部件時才需要電氣控制單元，從而大大降低了實際生產(chǎn)運行中故障發(fā)生的可能性，減少了電氣能源的消耗。

最后，柔性隨行工裝在一個焊接車間中會有幾十甚至上百個，可以逐個下線進行維修或者改造，所以新車型引入或者日常維護時，不影響正常生產(chǎn)是柔性隨行工裝所帶來的另一個優(yōu)勢。

3 柔性隨行工裝的尺寸控制

隨行工裝是控制白車身尺寸質(zhì)量的關(guān)鍵工裝，其關(guān)聯(lián)了所有工藝操作工位，其中包括GEO定點工位、激光切割焊接工位、涂膠和激光焊工位等，因此它們的質(zhì)量一致性、重復(fù)性、穩(wěn)定性極為重要。目前很多主機廠都采用了CMM離線檢測及VISION拍照系統(tǒng)在線監(jiān)測白車身的尺寸來確保產(chǎn)品質(zhì)量，但為更好地在尺寸過程質(zhì)量監(jiān)控，主機廠一般也會對所有的工裝夾具進行尺寸檢測。

3.1 柔性隨行工裝的尺寸檢測

針對隨行工裝，傳統(tǒng)的監(jiān)控方案是采用激光跟蹤儀離線測量工裝定位單元，測量前準(zhǔn)備工作：

（1）使用激光測量，用自身坐標(biāo)系標(biāo)定檢具BASE平面度;

（2）測量6個Z向基準(zhǔn)的平面度：每個Z向基準(zhǔn)塊平面至少抽測五個點（四角加中心點）平面度<=0.03mm;

（3）6個Z向基準(zhǔn)面（每個面1個點）平面度<0.06mm，如圖7所示;

（4）放入隨行工裝后使用塞尺手動檢測Pallet 6個Z向定位塊與檢具基準(zhǔn)塊貼合，要求6個定位塊貼合狀態(tài)良好，最大間隙小于等于0.05mm;

（5）測量pallet本體的平面度;

（6）使用3-2-1方法建座標(biāo)（面使用檢具上6個Z向基準(zhǔn)面;軸線：托盤上同一側(cè)兩個最遠的基準(zhǔn)孔），然后測量隨行工裝本體，主要是測量各向定位面以及隨行工裝上的基準(zhǔn)和定位銷：定位銷：+/-0.1mm;基準(zhǔn)面：+/-0.1mm。

測量一套完整的隨行工裝需要2到3小時，針對一個60JPH的工廠，一般在120個隨行工裝，需要雙班一個月才能完成循環(huán)測量。隨著汽車行業(yè)自動化和智能化的不斷提升，可以考慮全自動在線檢測設(shè)備尺寸。在線測量系統(tǒng)的引入，不僅能快速實時建立車身尺寸工藝參數(shù)系統(tǒng)，通過關(guān)聯(lián)車身尺寸系統(tǒng)，有效監(jiān)控工藝過程，保證缺陷不外溢并有的放矢地解決質(zhì)量問題，也能減輕隨行工裝測量人員的負荷，降低人力成本。

3.2 開發(fā)隨行工裝的在線測量系統(tǒng)

（1）根據(jù)精度選取自動測量的方式。需要測量工裝特征XYZ三向數(shù)據(jù)，結(jié)合測量可達性和測量工位工況，選擇不同的測量要素和方法，經(jīng)過方案對比選擇合適的方案進行測量。

從測量精度優(yōu)先考慮時推薦選取固定式的視覺檢測，對比各品牌測量精度，考慮隨行工裝各種工況，選擇穩(wěn)定高精度長行程的測量鏡頭，精度可以達到+/-0.05mm。當(dāng)其他因素不變時，如需要增加柔性測量及后續(xù)擴展，可以考慮使用機器人M-710iC/70（精度0.14mm）帶著視覺鏡頭進行單次拍攝的精度為+/-0.15mm，如果產(chǎn)品設(shè)計對車體尺寸要求不高，可以通過適當(dāng)降低機器人、視覺鏡頭的選型，以達到降低成本的目的。

（2）建立柔性隨行工裝在線測量系統(tǒng)，在車身定位單元處增加測量設(shè)備，在隨行工裝接車體定位前，進行在線視覺檢測。100%對隨行工裝定位單元進行測量監(jiān)控，分析處理收集數(shù)據(jù)，建立隨行工裝尺寸庫，并合理設(shè)定公差和報警機制，實現(xiàn)隨行工裝尺寸預(yù)警，及時查找并發(fā)現(xiàn)工裝偏差情況，提升車身尺寸穩(wěn)定性。

以此來測量隨行工裝上定位車身定位銷位置度和尺寸，實時監(jiān)測尺寸可靠性。通過實時監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)存在問題的隨行工裝，系統(tǒng)地分配隨行工裝離線維護方案。運用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，分析不同車身對應(yīng)的柔性隨行工裝尺寸狀態(tài)，來提升整車合格率。

當(dāng)然，一般常規(guī)情況下，自動測量系統(tǒng)工況良好。若突發(fā)批量性數(shù)據(jù)系統(tǒng)報警，需進行測量設(shè)備、隨行工裝，測量holding等因素的調(diào)查，詳細分析波動的原因，從而解決實際問題。

因此需要檢查并定期進行在線自動測量系統(tǒng)校正。

4 結(jié)語

隨著智能化、自動化及創(chuàng)新在生產(chǎn)中的逐步應(yīng)用，汽車車身車間的柔性化應(yīng)用越來越受到重視，柔性隨行工裝由于其優(yōu)勢將被主機廠廣泛運用。同時，汽車車身尺寸質(zhì)量控制要求也越來越受到汽車生產(chǎn)廠家的重視，為了更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)備的尺寸檢測勢在必行。自動檢測就是一個很好的方案，不但可以提高尺寸質(zhì)量，降低勞動力成本，人員效率也隨之提升，最終幫助企業(yè)降低汽車生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力。

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