車身精度改進與測量系統(tǒng)的偏差淺析

摘 要：汽車民族自主品牌在國家和相關(guān)政策引導(dǎo)下，取得了突飛猛進的成績，國內(nèi)銷售市占率逐年上升，2024年更是首次打敗合資品牌汽車，一舉奪得國內(nèi)銷量頭牌。所謂“冰凍三尺，非一日之寒”，這份驕人業(yè)績的取得離不開國家相關(guān)部門的支持和所有汽車同行的努力。銷量的陡然攀升，質(zhì)量必然也是同步提升的，否則將面臨批量召回的風(fēng)險，畢竟當(dāng)代消費者的觀念越來越理智，對產(chǎn)品質(zhì)量的審視角度和眼光也是越來越挑剔，而且大部分的消費者所能看到和摸到的，就是內(nèi)外飾裝配的外觀質(zhì)量。內(nèi)外飾裝配的外觀質(zhì)量，在一定程度上是依賴于車身骨架總成的精度，車身精度作為焊裝五大品質(zhì)特性之一，在汽車的整個生產(chǎn)制造過程中扮演著舉足輕重的角色。

關(guān)鍵詞：車身精度 測量系統(tǒng) 偏差分析

汽車四大工藝中的焊裝工程，作為承上啟下的一道工程，與沖壓、涂裝、總裝工程均密切相關(guān)，而且隨著新工藝、新技術(shù)的不斷發(fā)展，焊裝工程不僅局限于傳統(tǒng)的連接工藝，其所涵蓋的工藝、技術(shù)領(lǐng)域也越發(fā)復(fù)雜。當(dāng)然焊裝工程的五大品質(zhì)特性，是焊裝工程亙古不變的基礎(chǔ)，它們分別是車身精度、焊接強度、異響、漏水和外觀面品。我本人連續(xù)從事焊裝工程工藝技術(shù)領(lǐng)域十年有余，從我對五大品質(zhì)特性的理解來看，車身精度應(yīng)該位列品質(zhì)特性之首，因為其他四個品質(zhì)特性的質(zhì)量，在一定程度上均依賴于車身精度的合格與否。所以本文主要介紹車身精度改進及過程測量系統(tǒng)的偏差分析[1]，希望本文對從事焊裝工程領(lǐng)域的同行提供一定參考價值。

1 車身精度測點選取原則

首先，車身作為整車的骨架和總裝內(nèi)外飾零件裝配的載體，其精度達成結(jié)果是焊裝車間的一級指標，重要性不言而喻。那么，我們把車身精度合格率的計算公式先定義清楚，目前國內(nèi)大多數(shù)車企的車身精度合格率=合格測點元素數(shù)/測點元素總數(shù)×100%。指標的衡量公式定義清楚了，接下來我們來講述下車身精度中的測點，車身骨架上并不是所有的孔位、型面或邊線都要納入測點文件進行日常性的監(jiān)控：第一，三坐標室測量機可能因為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計或軌跡空間受限無法完成相關(guān)點位的數(shù)據(jù)采集工作；第二，沒有重點的撒網(wǎng)式監(jiān)控，監(jiān)控的數(shù)據(jù)就失去了參考價值。實際上，車身測點的選擇要遵循一定的原則，從以往的項目經(jīng)歷和實踐活動，這些原則大致包括以下：①車身測點能全面反映車身骨架的真實狀態(tài)，即車身測點選取全面、科學(xué)、合理，車身的重點部位和一般部位都能監(jiān)控到；②車身測點應(yīng)能覆蓋總裝工程所有的裝配件，即內(nèi)外飾零件的安裝孔，零件匹配面和匹配邊線；③一旦超差可能發(fā)生重大質(zhì)量事故或批量質(zhì)量問題的車身測點，要納入測點文件開展日常監(jiān)控，例如側(cè)圍外板主定位孔位置度。車身測點文件是車身精度的標準文件，測點的選取在一定程度上也會關(guān)系到車身精度達成的高低，所以車身測點文件的編制務(wù)必謹慎，在滿足上述選取原則的基礎(chǔ)上，進行適當(dāng)?shù)娜∩帷?/p>

2 車身精度主要改進方向

其次，車身精度的測點選取明確后，從廣義角度來剖析下車身精度，車身精度是白車身實際尺寸狀態(tài)與設(shè)計尺寸狀態(tài)偏差對比的體現(xiàn)，涉及生產(chǎn)制造過程中的方方面面，但是實際生產(chǎn)制造過程中，我們往往從以下幾個主要方面開展車身精度改進工作，它們是鈑金單件精度、工裝夾具精度、焊接變形。鈑金單件的監(jiān)控，一般在開發(fā)設(shè)計階段會開發(fā)檢具，單件精度的檢測比較高效、準確，并且單件精度檢測人員技能要求較低，培養(yǎng)周期短；工裝夾具精度的檢測需要使用便攜式關(guān)節(jié)臂檢測，且需要在非生產(chǎn)時間開展檢測工作，甚至是生產(chǎn)期間的某個間隙時間段進行檢測，對檢測人員的技能和熟練度要求較高，包括便攜式關(guān)節(jié)臂的很多注意事項和應(yīng)對措施，需要檢測人員熟知并能操作處置、測量數(shù)據(jù)的異常如何快速判定原因和采取應(yīng)對措施等；焊接變形對車身精度的影響并非微乎其微，可以說是車身改進過程中的隱形殺手，識別難度較大，需要機器人調(diào)試人員有豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，雖然焊接變形無法100%消除，但是將變形量控制在一定范圍內(nèi)，還是可以滿足車身精度改進方面的需求的。綜上所述，工裝夾具精度的管控就成了車身精度改進過程中的重中之重。作為工藝技術(shù)人員，管理一個變量在受控范圍內(nèi)，我們就要用到標準和數(shù)據(jù)，那么工裝夾具精度數(shù)據(jù)是需要使用便攜式關(guān)節(jié)臂收集，便攜式關(guān)節(jié)臂的使用工況千差萬別，所以我們在測量系統(tǒng)偏差的產(chǎn)生原因和應(yīng)對措施上，我們展開具體的分析。

3 測量系統(tǒng)偏差原因及改進建議

我們從測量系統(tǒng)技術(shù)層面來分析便攜式關(guān)節(jié)臂使用的全過程，對測量系統(tǒng)偏差的產(chǎn)生，給出建議性改進意見。

3.1 設(shè)備精度

便攜式關(guān)節(jié)臂的設(shè)備精度一般是可以達到千分之一，例如法如關(guān)節(jié)臂的單點測量精度0.044mm，而在車身精度改進的實際工作中，車身精度改進工作是圍繞鈑金單件和工裝夾具調(diào)整展開的，鈑金單件和工裝夾具的優(yōu)化調(diào)整基本上是按十分之一的規(guī)格進行改進，所以設(shè)備本身精度遠遠超出了車身精度日常維持與改進的需求。

3.2 檢測環(huán)境

便攜式關(guān)節(jié)臂在操作過程中，檢測結(jié)果受操作環(huán)境和操作過程的影響是比較明顯的。首先，便攜式關(guān)節(jié)臂固定位置的選取，一般情況下，在工裝夾具BASE面足夠的情況下，我們建議優(yōu)先將便攜式關(guān)節(jié)臂吸附固定在夾具BASE面上，可以保證在測量過程中，關(guān)節(jié)臂與工裝夾具的相對位置不變，數(shù)據(jù)收集的準確度更高，但是吸附固定在工裝夾具BASE面的方式也存在缺陷，即關(guān)節(jié)臂的測量路徑可能與工裝夾具單元干涉導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法收集，所以在吸附固定前，需要對可達性進行預(yù)判或模擬。當(dāng)遇到工裝夾具BASE不滿足關(guān)節(jié)臂吸附固定的工況，需要使用三腳架，將三腳架擺放到工裝夾具合理的位置，并使用熱熔膠將三腳架與地面粘貼牢靠，來保證關(guān)節(jié)臂與工裝夾具的相對位置，三腳架的擺放位置，需保證關(guān)節(jié)臂可以覆蓋工裝夾具所有單元的檢測，大多數(shù)工況是不需要預(yù)判即可滿足的，但是極特殊工況除外。在測量過程中，從測量現(xiàn)場來往的人員和檢測者本人都有可能會觸碰到三腳架，雖然熱熔膠并沒有開裂或分離，可是這種外界的沖擊和不確定性，對測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)偏差，讓技術(shù)人員產(chǎn)生一些質(zhì)疑。

3.3 坐標系的創(chuàng)建方法

通常情況下，我們用到的建系方法有最佳擬合法和321法，偶爾也會使用迭代法建立坐標系，坐標系創(chuàng)建方法各有利弊，例如最常用的最佳擬合法，當(dāng)一個或一個以上的基準孔的加工誤差較大時，通過最佳擬合法就可以將誤差平均分配到每個基準孔，看似是減小的誤差，實則會導(dǎo)致坐標系與車身坐標系出現(xiàn)偏移，進而工裝夾具定位單元的測量結(jié)果出現(xiàn)偏差，測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)偏差與車身精度的偏差不一致，會直接影響車身精度的改進和技術(shù)分析。321法對BASE平面度和選取兩個基準孔的連接線的直線度要求很嚴格，尤其是直線的選取，因為一旦與車身坐標系擬合出現(xiàn)偏差，就會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，所以我們必須選擇連線長度最大的兩個基準孔創(chuàng)建坐標系的一個虛擬軸，只有這樣才能保證測量系統(tǒng)偏差足夠小，測量的數(shù)據(jù)也就更能支持車身精度的改進。迭代法是建立坐標系很少使用的方法，主要應(yīng)用的場景是，待測量的工裝夾具較大，而我們又需要在同一個坐標系下收集所需定位單元的數(shù)據(jù)，但建立一次坐標系無法完成所有定位單元數(shù)據(jù)采集的場景時才會應(yīng)用到迭代法，這種創(chuàng)建坐標系的方法弊端就顯而易見了，由于實物（一般是指工裝夾具）在實際使用過程中會有消耗，導(dǎo)致與設(shè)計狀態(tài)出現(xiàn)偏差，創(chuàng)建的原坐標系經(jīng)過測量系統(tǒng)的迭代后，很有可能導(dǎo)致迭代后的坐標系偏差進一步放大，一旦坐標系的基準偏差放大，那么測量系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)偏差就會變大，對于車身精度改進分析產(chǎn)生不利影響。當(dāng)然隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，激光跟蹤儀應(yīng)運而生，有效地克服了迭代法的弊端，激光跟蹤儀采用無接觸測量，測量精度更高，但是激光跟蹤儀的采購費用高昂，一般大型規(guī)模企業(yè)可能會采購使用一臺，中小型企業(yè)不會購入如此昂貴的高精密儀器。

3.4 測點準確度

在測量取點過程中，需要特別注意點位要有代表性，采點時盡量保證點位的數(shù)據(jù)已傳輸?shù)綔y量系統(tǒng)后再采集下一個點位，因為取點速度過快，會導(dǎo)致測量的點位是球頭移動過程中非定位單元上采了一個點，這個點并未在點位的預(yù)采位置，導(dǎo)致形成的特征并不能代表實物的真實位置度，這不僅會給工裝夾具精度數(shù)據(jù)管理帶來困擾，也不利于車身精度的改進。

4 車身精度與測量系統(tǒng)的偏差分析與改進

車身精度的改進一定要基于大量的車身檢測數(shù)據(jù)，是基于SPC曲線[2]分析出測點元素偏差的規(guī)律和初步原因，然后結(jié)合工裝夾具的測量數(shù)據(jù)制定改進驗證措施。下面舉三個常見示例進行說明，示例中測點均為單點測量數(shù)據(jù)分析：

（1）車身某測點測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖1所示，穩(wěn)定位于標準和下限之間，其可能原因及改進措施是：①鈑金單件孔位穩(wěn)定偏差，調(diào)查沖壓沖頭位置度是否偏差并及時糾偏；②工裝夾具定位單元穩(wěn)定偏差，對工裝夾具定位單元進行標定并恢復(fù)0位調(diào)整。

（2）車身某測點測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖2所示，實際值在上限和下限之間大幅波動，偶有超差，其可能原因及改進措施是：①沖壓沖頭松動，調(diào)查沖壓沖頭是否松動并進行緊固；②工裝夾具定位銷磨損，測量定位銷直徑是否達到更換標準，及時進行更換；③工裝夾具定位單元松動，調(diào)查工裝夾具定位單元是否松動，及時進行緊固；④生產(chǎn)制造過程不穩(wěn)定干涉點，調(diào)查在生產(chǎn)過程中是否存在不穩(wěn)定因素，采取有效措施及時消除（例如干涉點）。

（3）車身某測點測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖3所示，在標準范圍內(nèi)，連續(xù)多點呈現(xiàn)上升趨勢，其可能原因及改進措施：①鈑金單件孔位偏差，調(diào)查沖頭位置度是否偏移，及時糾偏；②工裝夾具定位銷磨損，測量定位銷直徑是否達到更換標準，并及時更換；③工裝夾具定位單元位置度偏移，測量工裝夾具定位單元位置度，及時糾偏；④鈑金匹配面的偏差，調(diào)查匹配對手件的匹配面是否存在連續(xù)穩(wěn)定偏差，及時改進。

工裝夾具是車身制造過程中最重要的裝備[3]，也是車身精度維持與改進應(yīng)該重點管理的裝備，本人建議依據(jù)改進的車身測點性質(zhì)和重要度，來評估是一次性永久調(diào)整還是臨時性調(diào)整驗證、車身精度驗證合格后再實施永久性調(diào)整。在這里也給出本人的建議，其實是與前文所述車身測點選取原則中第③項是對應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)對全局性產(chǎn)生影響的車身測點進行調(diào)整時，要先進行臨時性調(diào)整，驗證有效且合格后再實施永久性調(diào)整；如果調(diào)整的工裝夾具定位單元僅影響個別車身精度測點的情形，建議慎重實施永久性調(diào)整，畢竟夾具永久性調(diào)整后，一旦驗證不充分，出現(xiàn)質(zhì)量問題定是批量性的。當(dāng)車身精度的偏差和工裝夾具的偏差并沒有相關(guān)性的時候，就需要技術(shù)人員拋開這個測點，從隱形的影響因素考慮改進措施。

5 結(jié)語

車身精度作為車身骨架的重要質(zhì)量指標，應(yīng)該得到汽車制造業(yè)的足夠重視。建議車身系統(tǒng)以車身精度為中心，以工裝夾具數(shù)據(jù)管理和鈑金單件精度管理為重點，系統(tǒng)地識別和分析生產(chǎn)制造過程中的影響因素，將風(fēng)險因素形成清單，結(jié)合當(dāng)前工藝技術(shù)發(fā)展水平，制定出有效的控制措施。當(dāng)然在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，需要將控制措施轉(zhuǎn)化為實際可執(zhí)行的監(jiān)測表，將每一個制造過程影響因素控制在可控范圍內(nèi)，只有每個環(huán)節(jié)的有效實施和落地，才能保證我們的車身骨架穩(wěn)定性和一致性，才能為客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品，逐步建立起客戶對產(chǎn)品的信任，形成鏈式效應(yīng)，保證企業(yè)穩(wěn)固發(fā)展和長久不衰。

參考文獻：

[1]夏朋朋.淺談車身精度影響因素分析[J].時代汽車，2022（20）：134-136.

[2]何雷祖. SPC理論在白車身上的運用實踐[J].時代汽車，2020（12）：137-138.

[3]劉丹，彭瑩，劉強強.乘用車焊裝夾具定位基準設(shè)定原則及精度維持管理方法[J].天津科技，2024，51（07）：78-81.