汽車車身螺母防漏焊技術(shù)

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)。

1 螺母在零件外部（圖1）

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

2 螺母在零件內(nèi)腔（圖4）

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

3 螺母孔同時在夾具上作為零件定位孔使用

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

4 防錯探頭的鎖緊方式

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

5 防錯結(jié)構(gòu)標準化管理

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。

6 防錯信號與機器人相關(guān)聯(lián)：

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。

7 結(jié)語

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！