賴沂銘 宋寶恒
上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007
在汽車鈑金零部件的生產(chǎn)制造過程中,螺母漏焊是主要的失效模式,并且隨著主機廠的返修標準越來越嚴格,螺母漏焊所帶來的質(zhì)量成本損失也顯著提高,為了有效降低此類缺陷帶來的質(zhì)量成本損失,引入螺母防錯顯得尤為重要。
防錯,在日文中稱“Poka Yoke”,又稱愚巧法、防呆法,由日本著名質(zhì)量管理學(xué)者森口(Shingo)博士最先提出。防錯基于“預(yù)防為主”、“差錯可以避免”、“實現(xiàn)零缺陷”等質(zhì)量理念,通過技術(shù)的改善實現(xiàn)制造過程更安全、更簡單、產(chǎn)品更可靠的目標。
而針對螺母的防漏焊是鈑金零部件生產(chǎn)企業(yè)一直在努力解決的問題,從最早的時候依靠人工100%畫記檢查,到后來機械式/氣動式/電子式等各類防錯的推廣,期間經(jīng)歷了大量的理論分析和實踐應(yīng)用,在應(yīng)用的過程中我們也發(fā)現(xiàn)不同的防錯類型適用于不同的零件結(jié)構(gòu),同時如何保證防錯結(jié)構(gòu)較長的使用壽命也是非常重要的內(nèi)容,后面將從零件的不同結(jié)構(gòu)出發(fā),探討最適合的防錯結(jié)構(gòu)。
圖1
這類零件結(jié)構(gòu)屬于最容易實施防錯的結(jié)構(gòu),通常使用直接接觸式感應(yīng)探頭進行防錯,如圖2,但由于此類防錯結(jié)構(gòu)的探頭與零件距離較近,在量產(chǎn)過程中,容易在裝零件時被磕碰導(dǎo)致探頭損壞,從而導(dǎo)致防錯失效,增加螺母漏焊風(fēng)險。
圖2
因此,針對此類零件結(jié)構(gòu),在空間足夠的時候從實用性角度出發(fā)更推薦使用間接接觸式防錯結(jié)構(gòu)。如圖3,該結(jié)構(gòu)由連接桿、彈簧、傳感器組成,裝夾零件時螺母接觸連接桿端面位置①,在重力作用下壓縮彈簧向下運動,傳感器繼而探測到另一臺階面②,傳感器③燈亮,給PLC 輸入信號。如果螺母漏焊,則連接桿不往下運動,傳感器探測不到另一端面,燈不亮,PLC 判定為漏焊,機器人不執(zhí)行焊接動作。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于傳感器離零件位置遠,在生產(chǎn)過程裝夾零件時不易被碰壞,同時焊接時的飛濺也不容易附著在傳感器上,因此能夠保證防錯的有效性,降低漏焊風(fēng)險。
圖3
圖4
針對此類零件結(jié)構(gòu),我們無法在內(nèi)腔進行防錯,防錯結(jié)構(gòu)設(shè)計上需要進行轉(zhuǎn)換,如圖5,使用間接接觸式結(jié)構(gòu),與螺母接觸端設(shè)計成定位銷結(jié)構(gòu)。當有螺母時,連接桿接觸到螺母向上移動,傳感器接收到信號;而當螺母漏焊時,連接桿穿過零件光孔,傳感器未接收到信號,判定為漏焊。
圖5
當螺母孔在焊接夾具上同時作為定位孔使用時,不建議繼續(xù)使用以上直接式或者間接式接觸防錯結(jié)構(gòu)時,如圖6,如果螺母漏焊,由于有定位銷的存在,裝夾零件時連接桿會接觸到定位銷從而壓縮彈簧上移,防錯傳感器則會感應(yīng)亮燈判定有螺母從而引起誤判。因此我們需要對防錯結(jié)構(gòu)再次進行優(yōu)化,如圖7,將防錯連接桿的端面更改為套筒結(jié)構(gòu),當螺母漏焊時,套筒能夠避開零件定位銷,行程的變化從而讓傳感器能夠識別出漏焊。
圖6
圖7
除此之外,針對此類零件結(jié)構(gòu),也可以采用圖8 的防錯結(jié)構(gòu),螺母定位銷使用帶氣缸的彈簧伸縮銷。此定位銷應(yīng)設(shè)計為臺階銷,當有螺母時,臺階銷1 段正常定位,臺階銷2段無法通過,傳感器通過對行程的識別判定有螺母。而當螺母漏焊時,臺階銷1 段無法完成對零件定位,2 段也將穿過零件光孔,傳感器通過對行程的識別判定漏焊螺母,從而控制機器人焊鉗進行鎖止。
圖8
在我們解決了防錯機構(gòu)的運行邏輯問題以后,在實際運行中仍然有不少防錯失效,其中最典型的模式就為防錯探頭松動,如圖9,很多廠家的鎖緊方式采用側(cè)面擰緊螺桿,此方式看似結(jié)構(gòu)簡單,實則鎖緊力不易控制,隨著機構(gòu)每天不停的往復(fù)運動,螺桿極易出現(xiàn)松動情況,從而導(dǎo)致防錯傳感器松動,偏離了最初設(shè)置的探測位置,引起防錯失效。經(jīng)過現(xiàn)場的大量驗證工作,我們認為圖10 的鎖緊方式較為有效,在傳感器的前后端采用雙向鎖緊,能夠保證足夠的鎖緊力使其不易松動。同時如果傳感器處于運動機構(gòu)上,還可以在螺母鎖緊位置處增加螺紋緊固膠,進一步加強鎖緊強度。
圖9
圖10
除此之外,如果防錯機構(gòu)的精度和硬度不達標,在長期運行過程中,隨著其使用磨損也會大大增加防錯的失效率。例如:在間接式接觸防錯結(jié)構(gòu)中,若連接桿硬度不足,長期使用則會導(dǎo)致其變形、彎曲,從而引起連接桿無法正常在行程內(nèi)運動,或者會頻繁引起彈簧卡滯等問題。因此,需要對防錯機構(gòu)增加對應(yīng)的制造公差要求以及表面處理要求,以滿足長期的量產(chǎn)使用。在大部分夾具供應(yīng)商中,通常對連接桿的加工精度要求為0.05mm,其表面采用鍍硬鉻處理,硬度達到HRC 52-58,按此標準實際運行的效果可以滿足零部件企業(yè)量產(chǎn)使用需求的。此要求為筆者工作中接觸到的企業(yè)標準,各零部件企業(yè)也可以根據(jù)自身實際情況,制定滿足自身工廠現(xiàn)狀需求的相應(yīng)標準。
由于一家零部件企業(yè)對應(yīng)的夾具供應(yīng)商不一定是唯一的,而防錯結(jié)構(gòu)目前在行業(yè)內(nèi)部并未形成統(tǒng)一標準。如果不同夾具供應(yīng)商防錯結(jié)構(gòu)有差異,其配件在選型時不統(tǒng)一,那在后期的運行維護上將會增加難度,不僅需要增加備件種類和庫存數(shù),同時不便于維修和長期的持續(xù)改善。因此建議各零部件企業(yè),能夠在內(nèi)部對防錯結(jié)構(gòu)標準化,在選擇不同夾具供應(yīng)商時,將防錯結(jié)構(gòu)的標準進行輸入,此舉將大大提高企業(yè)后期的運行管理效率,實現(xiàn)防錯系統(tǒng)正向的持續(xù)改進。
防錯唯有與設(shè)備關(guān)聯(lián),才能真正在螺母漏焊時實現(xiàn)設(shè)備鎖止,缺陷不流出。但設(shè)備廠家在將防錯傳感器與機器人關(guān)聯(lián)時,通常有兩種做法:①將同一夾具上傳感器的信號串聯(lián)接入PLC 控制器(圖11)②將同一夾具上不同傳感器信號分別并聯(lián)接入PLC 控制器(圖12)。
圖11
圖12
如果采用串聯(lián)接入方式,當其中一個傳感器損壞斷開時,整個回路的信號判定為斷開,PLC 控制鎖止焊鉗;但當其中一個傳感器常亮故障時,整個回路的信號仍然判定為閉合,PLC 無法識別傳感器的問題,這時如果該位置的零件漏焊,防錯也無法進行探測報警,缺陷流出。
因此,在實際接入PLC 的時候推薦傳感器信號以并聯(lián)的方式接入PLC 控制器,PLC 單獨采集每一個傳感器的信號。任一傳感器損壞斷開時,PLC 均能識別出其故障,并鎖止焊鉗;而當任一傳感器常亮故障時,PLC 也能夠識別出其故障,并對焊鉗做出鎖止控制。
以上是針對現(xiàn)有鈑金供應(yīng)商在焊接夾具上應(yīng)用最廣泛的螺母防錯裝置進行了介紹,在實際應(yīng)用中還有著其它類型的電子防錯,比如激光探測、視覺防錯等同樣可以用作螺母/螺柱防漏,但因成本較高,目前在鈑金供應(yīng)商中應(yīng)用的相對較少,隨著技術(shù)的發(fā)展,還會有更多更優(yōu)的防錯方式的產(chǎn)生,但目標都是一個,杜絕漏焊問題,提高客戶滿意度,這也是我們質(zhì)量人為之奮斗的方向!