浅谈汽车制造夹具检具化检测方式实例应用

浅谈汽车制造夹具检具化检测方式实例应用

郑智鸿,肖遥,陈银祥,毛淦平

（广汽乘用车有限公司，广东广州 511434）

[摘要]文章重点阐述夹具检具化的全新概念及夹具检具化在线检测方式在汽车白车身制造过程中的实例应用介绍，主要从上车体轮罩工序轮罩总成、侧围工序侧围总成、车身拼接工序白车身总成进行重要安装孔、重要断面实施夹具检具化在线检测。通过夹具检具化在线检测方式实例应用高效的解决白车身制造过程中繁琐且工作量庞大的工序变量数据采集以及提高车身重要功能孔、安装孔，断面的监控效率和判断制造过程不良及时性、准确性；从而打造高精度白车身的同时提高白车身制造一次合格率并及时、准确、高效的发现白车身制造过程中的质量（尺寸）问题，有效的截留质量问题流出，降低白车身不良返修率。

关键词：在线检测；夹具检具化；工序变化量；车身制造在线检测；实时检测

0引言

随着自主品牌的崛起，国内消费者对自主品牌认可度日益高涨的同时对汽车质量提出来更高的要求,各大主机厂商开始对汽车制造的质量越来越重视。汽车是复杂的系统工程，白车身的精度是决定汽车装配质量的重要因素，而白车身焊接制造过程夹具检具化在线检测方式是衡量白车身精度的重要手段之一。

1夹具检具化的概念

焊接工装夹具就是将工件准确定位和可靠夹紧，便于工件进行装配和焊接、保证工件结构精度方面要求的工艺装备。检具是一种用来测量和评价零件尺寸、形状、位置特性质量的专用检验设备；而夹具检具化就是将两者进行有效结合，在夹具能够实现本身附有功能的前提条件下，布置一些检具机构，如检测安装孔，用检测划线销实现，如检测安装面，用检测基准面实现，从而实现夹具检具化的功能。

2夹具检具化在线检测方式在车身制造过程中的应用必要性

汽车行业面临百年未有之大变局，后疫情时代国内汽车市场竞争日趋激烈，各汽车主机厂的核心竞争力大体可总结为外观造型、经济性能及整车质量三大方面。较为突出是整车质量这一方面，最能够体现一款汽车的市场口碑，同时间接或直接的影响市场认可和销量。汽车制造是个复杂的系统工程，而作为整车制造四大工艺中最重要的工艺之一是白车身制造，由上百个冲压件组合焊接而成，其作业内容复杂且质量指标要求高。在白车身制造过程的重要质量指标一般概括为焊接强度、尺寸精度、外观钣金等，其中白车身焊接后的尺寸精度是直接反映整车装配质量和性能；

当前国内各主机厂商对于车身制造过程中的车身尺寸精度的检测方式大多采用线下2种测量方式，即全尺寸测量采用双悬臂测量仪（如下图 1 所示）和局部测量采用便携式三坐标（如下图2所示）双悬臂测量仪需要在指定的测量室（恒温恒湿）内对车身进行检测，一般情况下一条生产线单班次每日测量白车身不会超过 2 台/份，且测量周期长一般为 3~4小时/台车，检测报告输出时长约为 0.5 小时。通常取得当日车身生产过程中精度报告需要从线上脱批后4~4.5 小时左右，而此时生产线仍然在持续生产，如果车身尺寸精度状态出现较大偏差，不良车身已生产 232 台车（以单班8万产能 62秒节拍为例）。无法做到及时发现车身偏差，如产生不可修复性的车身尺寸偏差，所产生的损失是不可预估。便携式三坐标测量相对双悬臂测量其优点和缺点都较为明显，优点是可移动至现场、测量场景灵活，测量效率相对较快约2小时可以完成测量和报告输出。缺点为只能测量车身局部，测量的范围受限。同时如果在线测量会导致现场无法生产，需要停机等待测量完成后才可以恢复，影响生产效率。

为解决此类课题，国内部分主机厂已意识到车身制造过程中在线检测技术的重要性，并且部分主机厂已投入应用固定式在线检测技术，如红外线在线检测技术。但由于固定式的局限性，效果不够理想，投入成本高，受线体布局改造工程量大，技术本身不够成熟，误检测、故障率高等明显缺点，无法满足车身实际生产过程中的质量需要。为此一种低成本、适用所有线体的夹具检具化在线检测方式在白车身制造过程中的应用势在必行。

图1 双悬臂测量仪          图2 便携式

3夹具检具化在线检测方式在白车身制造过程中的实例介绍（简述部分）

整体概述：白车身（Body ln White简称BIW）制造过程，由上百个冲压单件，通过夹具定位，焊枪焊接及胶类辅材组合成前地板、后地板、机舱分总成、左右侧围、顶盖分总成，经过地板线合拼成为地板总成，再经过总拼线合拼成白车身总成，再经过装配线完成四门二盖装配送至下一道工序。其中本实例介绍主要从侧围分总成、白车身总成制造过程重要安装面、重要安装孔夹具检具化实现的论述。

3.1轮罩总成Y向开度检测

当前某乘用车开发一款为了迎合年轻人喜好，也是众多国内主机厂SUV细分市场纷纷效仿尾部、扰流板运动造型风格，其主要特征是掀背门铰链由传统的定位横梁式（如下图3所示）变更为定位车顶式（如下图4所示）。定位车顶式由于SUV车型侧围内倾课题一直是行业难题，该定位面临了一个急需解决的课题，如果稳定的保证车顶式掀背门铰链安装孔的Y向开度，因为掀背门铰链安装孔的Y向开度直接决定掀背门安装的质量。因此我们利用夹具检具化的方式，对重要工序或起决定性的工序轮罩总成焊接精度进行夹具检具化设计，意在通过批量检测和在线监控实现轮罩Y向开度可控，即掀背门安装质量得以保证。

图3传统定位横梁式    图4新型定位车顶式

实现的方法：通过新车导入夹具评审阶段，对工装夹具设计进行约束，提出在轮罩点定夹具上增加一个间距工件3mm的检测基准块（如下图5所示），

图5 轮罩总成Y向开度检测

基准块检测方向设定1+1+0.5+0.3+0.2mm垫片可调整，便于新车型品质培育期间零件精度差造成对检测块的干涉。同时对后侧围内板零件被检测的位置进行GD&T公差【GD&T  是 Geometric  Dimensioning  and  Tolerancing 的缩写，即“几何尺寸和公差】约束（切边公差按0±0.5mm约束）。另外附加设计一个按3±0.5mm的通止规，2.5mm通规、3.5mm止规，作业员只需要拿取这个通止规在被检测位置确认通规可通过，止规不可通过即可判定OK，可保证生产节拍内完成检测。可以实现快速、批量检测，保证每一台车的质量要求。

3.2翼子板支架Y向/X向精度检测

检测必要性说明①翼子板支架容易变形，当前众多车型设计方案均采用翼子板支架焊接在A柱加强板上，存在明显的外漏；而A柱加强板是外做零件，供应商生产的零件不能做到100%全检出货，那么就会存在翼子板支架在供应商端生产过程中的撞击变形，当偏差量介于1~2mm（标准为0±0.7mm）时目视检测时不容易检出的。由于翼子板支架外漏零件在运输过程中极易发生碰撞的风险，以上两种原因就会发生流入主机厂造成整车装配出现翼子板难调整或调整不了的现象

②翼子板支架精度的重要性，通过尺寸链【（dimensional chain）是在零件加工或装配过程中，由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列而成的封闭尺寸组。其中尺寸是指包括长度、角度和形位公差等的广义尺寸】核算翼子板与前门、发盖配合存在相对较多的尺寸环，那么尺寸环越长、累计公差就越大，配合难度越大。而翼子板支架精度对翼子板安装的位置度和尺寸起决定性作用，所以基于以上我们对翼子板支架的精度管控放在首要监控对象之一。

实现的途径：通过新车导入夹具评审阶段，对工装夹具设计进行约束，提出第一点在A柱加强板安装的第一道工序侧围加工件点定工位夹具上增加对翼子板检测装置（如下图6所示），目的为应对供应商来件进行检测，防止流入。提出第二点在侧围工作站焊接重要工位增加翼子板检测装置，目的是进行二次确认本工序是否有发生变量，截留制造工序内造成的变形。

检测装置要求①进行X、Y【X方向坐标零线——将通过汽车前轮理论中心线并垂直于高度方向零平面的平面作为长度方向坐标的零平面。零平面前方为负，零平面后方为正。Y方向坐标零线——把汽车的纵向对称中心平面作为宽度方向坐标的零平面。 零平面左侧为正，零平面右侧为负】方向可调，设定调整方向垫片规格1+1+0.5+0.3+0.2mm。

图6 翼子板支架X向/Y向精度检测

检测装置要求②Y方向检测块设定为10mm,X方向检测块设定为5mm.根据车型需要可以自己设计，这里论述不做限制要求；

3.3尾灯安装孔精度检测

检测必要性说明过：尾灯安装孔精度是整个车身后尾配合最复杂，最难管控的点。管控的好坏直接决定整个后尾配合的整体状态的好坏，基于尾灯安装的重要性，在新车质量品质培育期间以及量产质量维持过程，需要对安装孔进行周期性测量，当前测量目前还停留在双悬臂测量仪，那么整个测量过程需要经历繁琐的流程，整个过程下来需要耗时4.5H,浪费大量的人力物力成本（如下图7所示），已经不适用当前的快生产节拍和高效的测量方式。

图7 当前监控测量的流程

实现的途径：通过新车导入夹具评审阶段，对工装夹具设计进行约束，依托总拼05工位夹具本体，在尾灯位置增加划线销（如下图8所示）。将焊接完的白车身停留在总拼05工位夹具中，把夹具进行合拢，只需将检测棒通过总拼05工位夹具上的基准销孔，将销插入基准孔中在车身上旋转一圈即可判定车身上的
尾灯安装孔偏差数值。

图8 尾灯安装孔在线检测

4夹具检具化在线检测方式的优点

4.1全新的检测概念——夹具简化化

本论文是汽车行业首次提出全新的夹具检具化的全新概念，在提出本概念前夹具、检具都有自身所赋予的功能，通过进行合并两者的部分功能，在汽车白车身制造过程得到充分运用，弥补汽车白车身制造过程中在线检测的手段的单一性，复杂性及高成本和低效率显著缺点。

4.2在线检测投入成本低廉——新车夹具设计一次性投入实现0成本。

夹具检具化的最佳实现方式是新车型夹具评审阶段进行提出，充分考虑不影响夹具本身的功能又能兼顾实现在线检测方式。

在夹具评审前充分识别新车型数模的造型特点、制造工艺难点、及过往车型安装孔、安装面需要频繁监控的具体位置，按清单化进行一次性提出，因为数模阶段提出方案是制造和安装成本最低，效率最高的一种实现方式。

按某乘用车的新车夹具制造的成本规划，这个在数模评审夹具提出的检测装置完全实现0成本。所以夹具检具化的实现方式是基于当前疫情背景下既能控制单台成本，又能提供检测效率，确保质量的新型手段

4.3检测效率高——效率提升98%

通过某乘用车夹具检具化在线检测方式的实际运用和效果说明；

新车型品质培育期间需要采集大量的工序过程变量数据，如采用传统双悬臂测量单台约4.5H小时完成，而在线检测方式例于上述3.3实例论述的方式单台只需要5min完成检测数据采集，两者对比的实现效率提升98%；

4.4在线检测具有实时性和结果直观特点

夹具检具化在线检测方式是通过将工件放置在夹具上进行检测的，检测的具有实时性。而检测的工具通常有划线销、塞尺、钢板尺、通止规体现了检测的直观性特点。

5结束语

夹具检具化在线检测方式行业首次运用和系统性实例介绍，具有实时性、测量效率高、测量结果直观且实施成本低廉等特点。然后结合三坐标双悬臂测量、便携式测量最大限度的减少或避免由于车身质量（尺寸）问题对生产线造成停线或影响后工序装配等质量或通过性问题，某乘用车采用了夹具检具化在线检测方式对白车身新车阶段品质培育快速达成阶段目标效率提升98%、量产阶段对制造过程质量监控大大降低不良流出。在今后的使用过程中，通过对布置检测点的精准化、检测方式的直观化、轻量化及便利性进行改良，可以更好利用该技术提升产品质量，从而提高自主品牌的价值和市场口碑。

参考文献

[1]李金山，李彦贺，温强龙，安珂，浅谈机器人在线检测技术在车身制造中的应用  工艺装备 2018，第8期

[2]冉启洪，汤艳刚，齐瑞霞，张朝霞，基于机器人的在线 检测技术在车身焊接制造中的应用 2017年第 8 期

*基金项目：××××××基金（或项目）（编号××××××）