大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法解析.pdf

微信号 auto1950 /2023年 第 10 期37 Auto Manufacture|汽车制造大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法解析刘非，高树森，魏强，陈文一汽-大众汽车有限公司 吉林长春 130011摘 要：将传统测量使用的世界坐标系，转化为零件本身工艺孔建立的自身坐标系，彻底消除世界坐标系与测量位置的尺寸链累计误差。关键词：电池壳体；大型板材；螺柱焊接；光学在线测量；坐标系转换随着电动汽车的普及，车用电池的需求量急剧增加。为了增加电池的续驶里程和减小电池尺寸，需要对电池进行集成化的零件组合安装。为了降低工艺复杂度和工艺成本，多采用在板材焊接螺柱的形式，用于后续匹配零件的安装和固定。为了避免出现后续工位零件安装匹配的抱怨，需要使用光学拍照对焊接后螺柱的尺寸进行测量，确认尺寸合格及稳定性。但是现在通用的测量技术手段为机械抓手通过定位销和夹爪对板材进行固定，以世界坐标为基准，通过光学拍照测量的手段对螺柱尺寸进行测量，测量结果的准确性和可靠性不足，不能为后续工位提供尺寸指导。为此，需要设计一种适用于大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法，以满足产品质量要求。图1 螺柱对手件安装示意2023年 第 10 期 /微信号 auto195038汽车制造|Auto Manufacture尺寸测量方案调查某电动车的电池壳体为水冷板和框架组合而成的密封箱式结构，在框架内部即水冷板的内侧焊接螺柱，用于后续装配安装固定相应的电器元件。同时相应的电器元件的安装通过自动拧紧方式进行，为了保证后续装配拧紧生产节奏的稳定性和通顺性，需要对焊接后的螺柱进行精确尺寸控制，保证进入后续工位的壳体尺寸的准确性和稳定性。调查结果见表1，离线光学拍照合格率为100%，表明对应螺柱焊设备自身的焊接尺寸精确度和稳定性均能满足相应的要求，但是在线光学拍照的合格率均低于80%，说明在线测量过程中存在很多问题导致测量结果的准确性及稳定性不足。表1 测量方案准确率调研结果内容Nr.1Nr.2Nr.3Nr.4生产数量10102020在线光学合格率（%）76747973离线光学拍合格率（%）100100100100为此，需要进一步的分析影响在线测量尺寸合格率及稳定性不足的因素。在线测量不足因素分析分析研究现有的测量方法：通过机器人抓手将水冷板抓取，机器人行走至照相测量设备位置，将螺柱平移至照相机前进行拍照，如图2所示，形成识别特征孔，生成对应的尺寸数据。图2 在线测量示意影响螺柱到达测量位置的因素如下：1）机器人移动稳定性（0.06mm）。2）机 器 人 抓 手 定 位 销 与 定 位 孔 径 差 异（0.2mm）。3）机器人抓手夹紧力造成水冷板变形。以上误差累计将造成终端的螺柱尺寸误差达到0.5mm，超出螺柱本身的图样尺寸，在尺寸测量的精度和稳定性上造成极大的误差。对策制定及验证经过上述分析得知，造成尺寸测量不稳定的原因是尺寸链累计误差，为了减少甚至完全消除尺寸链累计误差，主要从工装结构及测量方法上减少甚至消除误差。1.工装优化通过对工装结构进行优化，增加定位销直径，进而降低由于定位销在定位孔内的窜动造成的尺寸测量源头的不稳定因素。2.测量坐标系转换除了以上的机械结构和不断优化测量参数，为了进一步消除尺寸链的累计误差，需要调整测量坐标系的来源。通过将坐标系来源调整至水冷板的现有RPS孔，可将从机器人稳定性及定位销与孔径差异造成误差消除。坐标系转换前提条件如下：1）新建坐标系的RPS孔距离待测量点位尽可能小。2）新建坐标系的RPS孔的加工结果相对稳定。3）相机与机器人标定，相机的坐标系与机器人的坐标系一致。动作执行如下：1）机器人带工件移动到RPS孔1的拍照位置。相机拍RPS孔1，得到RPS孔1的圆心坐标。2）机器人带工件移动到RPS孔2的拍照位置。相机拍RPS孔2，加上机器人从RPS孔1的拍照位置到RPS孔2的拍照位置的X和Y的偏移量，得到RPS孔2的圆心坐标。3）机器人带工件移动到螺柱的拍照位置，相机拍螺柱，加上机器人从RPS孔1的拍照位置到螺柱的拍照位置的X和Y的偏移量，得到螺柱圆心的坐标。4）根据RPS孔1坐标和RPS孔2坐标，得到一条直线，再根据螺柱圆心的坐标计算螺柱圆心到直线的垂微信号 auto1950 /2023年 第 10 期39 Auto Manufacture|汽车制造线长度和RPS孔1到垂线与直线交点的长度。如图3所示。5）根据以上计算，得到了螺柱与RPS孔1的2个长度，发送给PLC，由PLC判断是否合格。图3 测量方法示意图验证过程发现：当定位销直径相对定位孔直径0.1mm时，对于螺柱的尺寸测量稳定性无明显提升；通过调整测量坐标系来源，可将从机器人稳定性及定位销与孔径差异造成误差消除，提高螺柱尺寸测量精度及稳定性。实施效果使用大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法，在线测量与离线测量一致性对比可达到98%，即在线测量设备可有效且准确测量螺柱实际尺寸，并有效拦截尺寸异常零件。称为“最佳操作对比分析法”，见表4。应用PTS法进行分析与改善并不是对所有的改善点均适用，在改善实践中也不能忽略传统的分析手法，如五五法、鱼骨分析等传统的精益研究手法，这样才能透彻地识别可改善问题点，深入地分析问题原因，快速地找到改善方法。结语在推行精益理念的企业中，PTS预定动作时间法的应用频率是最高的，此法在标准工时的管理与生产力改善中的作用非常大，对企业的效率、效益提升也非常可观。但是PTS法也有其自身的制约性，通常企业中应用PTS法的初期，在确定基本动作以及对基本动作赋予标准工时的过程中，都会相对主观，给予现场操作的工序时间会相对宽松，实际效率会相对低下。如何消除标准的主观性，减少方法与实际的误差，使PTS方法本身不断进化，需要企业在推行方法、推行理念的同时不断思考、不断进步。参考文献1 田相克.产品抗冲击强度分析的有限元建模及落球冲击试验仿真J.机械强度，2010，32（6）：1022-1025.2 李华，王龙，杨世纪.集成ECRS法与MTM法在汽车制造厂的应用J.汽车实用技术，2022，47（17）：146-150.3 张明.MTM在汽车总装车间生产线布线中的应用J.汽车维修，2008（12）：22-23.4 李钦奉，朱旺成.单元预定时间标准法在标准工时与现场生产工时中的应用J.机械制造，2016，54（9）：85-89.5 万欣，郭振洋.基于MOD法的铝型材挤压生产线标准工时制定J.机械工程与自动化，2020（4）：123-124.6 何满辉，郑凯.采用MOD法的PC机组装生产线平衡改善研究J.现代制造工程，2017（7）：51-55.7 马力，王福林，王奕娇，等.工作因素法及MOST法在制定标准时间中的应用对比J.工业工程，2009，12（3）：51-54.8 蔡元君.标准化工时研究在发动机制造企业的应用J.中国新技术新产品，2014（5）：164-165.9 Zandin K B.Maynards industrial engineering handbook M.McGraw-Hill Education，2001.10 聂喜荣，李鹏.预定时间标准在我国的应用现状研究J.企业技术开发，2019，38（6）：12-15.11 姜伟.基于方法时间测量的标准时间系统设计应用研究D.清华大学，2012.（上接第36页）