汽車門內(nèi)板總成焊接防錯技術(shù)研究及其應用

李世然 方向東

摘要：為了滿足消費者對個性化的需求，越來越多的汽車制造商推出了菜單式的配置解決方案。多配置不僅體現(xiàn)在動力總成的選擇上，同時也體現(xiàn)在內(nèi)飾零件的顏色和材質(zhì)上。面對種類繁多的內(nèi)飾零件，零部件供應商一邊加緊生產(chǎn)滿足汽車制造商JustinTime的及時供貨需求，一邊花費大量精力挑選合適的零件以應對汽車主機廠柔性化生產(chǎn)的要求。內(nèi)飾零件的生產(chǎn)模式充分體現(xiàn)出小規(guī)模，多配置，菜單式的特點，Justintime的供貨模式更對柔性生產(chǎn)線的防錯裝置提出了更高的要求。因而，找到一種低成本，高效率的防錯手段是企業(yè)實施零缺陷管理的重要途徑。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：生產(chǎn)防錯，零缺陷管理，視覺識別，柔性化生產(chǎn)

1門內(nèi)飾焊接防錯設計

2011款Ford野馬跑車的內(nèi)飾有多達125種個性化配色，國內(nèi)也有了9種內(nèi)飾配色的大眾高爾夫，對于28種配置的大切諾基，防錯設計是不容忽視的。超聲波焊接是零件組合最重要的一個工序。經(jīng)過焊接后，零件將不能拆卸替換，一旦造成零件錯漏裝并完成焊接，則會直接導致報廢的發(fā)生，造成重大的浪費和損失。因此在焊接前進行零件的識別是關(guān)鍵。由于在設計階段考慮通用性，零件的結(jié)構(gòu)上沒有特別明顯的差異，故難以采用控制源頭的阻斷原理的手段區(qū)分不同的零件;由于顏色眾多且十分相近，利用顏色區(qū)分警示的辦法已不適用;焊接工段的組裝也不具備實行順序與自動防錯的條件，同時考慮到夾具的改造需要大成本的投入，故采用電器防錯的手段，輔以條形碼掃描的方式，采用光電傳感器，并對零部件進行編碼，主要從材質(zhì)和顏色兩個方面進行判別，采用的主要技術(shù)手段如下所述。

1.1判別零件顏色的有效方法

工業(yè)上，采用最為廣泛的是RGB色彩模式。圖1中左下為綠，右下為紅，中間為藍，該圖形的每一條邊都可以按照RGB分量等分256，順序各取一個0～255范圍內(nèi)的強度值。RGB圖像只使用綠，紅，藍三種顏色，使它們按照不同的比例混合，在256？256？256的分割內(nèi)重現(xiàn)16777216種顏色

通過彩虹，我們知道自然光是由7色光混合而成，原則上，要實現(xiàn)各色也需要7色光源，但是受限于實現(xiàn)7種純色光技術(shù)條件及工業(yè)化應用的實際情況，將7色光簡化為3色混合，亮度等于混合光亮度之和，越混合亮度越高。加法混合的一個特點是越疊加越明亮。有色光疊加無色光會變淡并變亮，紅色光與白光相遇，會產(chǎn)生明亮的淺紅光。如果綠，藍，紅三色光同時疊加，則中心為白色，即最亮的疊加區(qū)。紅，綠，藍三色在圖9中各分為256階，在0時最弱，在255時最強，當三個數(shù)值都相同時是無色彩的灰度，該灰度色在圖9中只有（0，0，0）的黑色以及（255，255，255）的白色可見，其他的254階灰度在圖9中隱藏在上頂點與下頂點的連線上，由此可見RGB色彩模式是一個立體圖形。

2焊機防錯設計

2.1色差識別

對于工業(yè)化的內(nèi)外飾零件生產(chǎn)而言，色差的控制是必不可少的。一般而言，一個產(chǎn)品開發(fā)完成后，汽車主機廠會對某一牌號的色母或表皮進行批準，而零部件供應商需要每天對所生產(chǎn)的零件進行檢驗。因為檢驗零件顏色的耗時較長，通常批量生產(chǎn)的情況下，對首件產(chǎn)品進行檢驗并每隔2小時進行抽檢，而無法做到對所有的零件進行控制，因此難免會發(fā)生質(zhì)量波動。因此需要對零件先進行色彩的閾值檢驗，以達到控制色差的目的。延鋒使用的CZ-H35S顏色感應器具有3種檢測模式1.SuperI：檢測接收到的光線數(shù)量2.C：檢測顏色構(gòu)成3.C+I：檢測顏色構(gòu)成和接收到的光線數(shù)量在初期調(diào)試中，傳感器測得的是RGB模式的數(shù)據(jù)，即檢測模式2，并與標準值進行比對，以判別錯誤，進行防錯。在實際應用中，開發(fā)團隊使用SuperI模式來檢測零件顏色，同時，使用極限顏色封樣（最深極限和最淺極限）的樣品測量得到的光線數(shù)量數(shù)值，作為這種顏色光線數(shù)量的上下閾值。在閾值范圍內(nèi)的，視作顏色與極限封樣接近，可以正常生產(chǎn)，否則，設備報警，提示顏色不匹配。如此能夠做到使用設備全檢所有零件，控制色差的目的。

2.2基于光電傳感器組合設計防錯的材質(zhì)識別

光電傳感器是廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中的一種電子設備，具有易于使用，穩(wěn)定，耐用，壽命長等特點，是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。本課題中使用的是PZ-101系列的光電傳感器，具有可見光點小，僅為5mm*5mm的特點。

2.3光源對傳感器識別的影響

由于安裝空間和避免光澤影響的緣故，實際生產(chǎn)中選擇了CZ-H35S發(fā)光器，理論光點為4.5mm。但是上裝飾板高配與低配判別僅僅有一個直徑6MM的孔來區(qū)別，實際傳感器在調(diào)試時發(fā)出的光束（哪怕是在焦點位置）就已經(jīng)達到8MM直徑，明顯不能達到標稱尺寸。在這種情況下，無論有孔沒孔，即使把感應裝置調(diào)到極限小，還是要么都感應，要么都感應不出，無法判別是否發(fā)生錯誤，防錯的試制遇到了瓶頸。

3門內(nèi)板產(chǎn)品的防錯實施與追溯

3.1終檢視覺識別防錯方案

延鋒焊接裝配后的門內(nèi)板產(chǎn)品還要按照配置要求，安裝發(fā)光線束，座椅記憶開關(guān)和15個多節(jié)塑料推釘。為了避免與客戶之間對于零件表面質(zhì)量缺陷原因的互相推諉，也為了避免錯裝線束，漏裝塑料推釘帶來的客戶抱怨和失效，開發(fā)團隊采購Keyence公司的CV200C百萬像素數(shù)字影像機作為核心部件，委托延鋒裝備中心研發(fā)了識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)對總成零件進行終檢識別防錯。識別攝像頭直接安裝在終檢工位支架上端，由于需要拍出塑料推釘?shù)年P(guān)系，攝像頭對環(huán)境亮度有一定要求。如圖2，3所示，識別照相機的周圍及零件正上方需要700流明以上的光照強度，且照相機與零件之間不能有其他異物干擾識別。

終檢系統(tǒng)工作流程：終檢工序首先要對門內(nèi)飾板總成條碼進行掃描，設備識別條碼后讀取預存在終檢設備中的目標影像A，相機對產(chǎn)品拍照后得到照片B與目標影像A進行對比，如果A和B中同一關(guān)鍵位置（X坐標，Y坐標）的色彩（像素）符合，即無異常發(fā)生，如圖23所示，系統(tǒng)將照片B上傳到服務器，并將相關(guān)的總成條碼，線束條碼，客戶裝車VIN碼與產(chǎn)品照片B文件名進行關(guān)聯(lián)。

結(jié)論：

總結(jié)了現(xiàn)有防錯法，防錯技術(shù)的特征、效果與優(yōu)劣點，并從中尋找到適用本企業(yè)的防錯方式是加裝探測傳感器替代雙人工識別，以實時監(jiān)控生產(chǎn)線生產(chǎn)情況。開發(fā)團隊對可供選擇的顏色識別裝置進行了分析，比較各種方案的特點，針對材質(zhì)不同，光澤不同的實際情況選擇有效的識別裝置，結(jié)合實際生產(chǎn)線情況和設備需求，選定Keyence公司的RGB數(shù)字光纖傳感器CZ-V20系列產(chǎn)品CZ-H35S型號為顏色傳感器。針對材質(zhì)識別的局限，利用加工工藝的不同，進行零件結(jié)構(gòu)的變更，使用普通光電識別器進行組合判別，解決了材質(zhì)識別問題。為使得產(chǎn)品下線后，更好的監(jiān)控質(zhì)量風險，直到用戶使用都能隨時查詢其相關(guān)信息，特地建立條形碼規(guī)則，添加零件的流水條形碼，加裝條碼讀取及上傳，建立零件追溯系統(tǒng)。在最終裝配后使用拍照識別系統(tǒng)，對最終產(chǎn)品進行拍照留檔。

參考文獻：

[1]張振東，趙雪松，王幼民，周革，豆忠穎，楊曉麗，杜曉陽.汽車門內(nèi)板拉深成形數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化[J].機械科學與技術(shù)，2014，33（01）：122-126.

[2]貢見秀，李健平.一種汽車門內(nèi)板二次拉深沖壓工藝的設計[J].模具技術(shù)，2012（05）：39-43.

[3]陳云霞，李軍，李中兵.激光拼焊汽車門內(nèi)板焊縫性能研究[J].汽車工藝與材料，2012（04）：1-5.

[4]郝霆，何志民.汽車門內(nèi)板沖壓成形CAD/CAE應用分析[J].機電一體化，2009，15（12）：80-83.

[5]及瑞雪，李海鵬，王立輝，喬志佳，盧君瑋，趙維民.汽車門內(nèi)板拉深成形工藝分析與優(yōu)化[J].模具工業(yè)，2009，35（11）：25-28.