白车身后举门径孔安装的应用研究

张佳勇

（同济大学 机械与能源工程学院，上海 200092）

随着我国汽车市场销量的不断攀升及SUV销量所占的比例逐年提升，SUV车型的竞争日益激烈，并且市场上推出的悬浮式车顶造型广受消费者好评。由于悬浮式车顶造型设计，总装车间安装与后举门匹配的外覆盖件，因此，在小件上加工后举门安装扩孔，在表调线使用工装模拟后举门与外覆盖件的匹配，将后举门安装到车身上的安装方式，难以实现后举门的精确安装。使用视觉系统测量外覆盖件在车身上的安装定位点，计算出当前车身的后举门安装孔位置，然后冲后举门安装孔，在表调线径孔安装后举门[1]。此安装方式能实现后举门与外覆盖件的精确匹配，提高整车外观匹配质量，并适用于后举门与车身钣金直接配合的SUV&MPV等车型。

1 系统组成及工艺流程

后举门径孔安装的关键要素为如何实现在线冲后举门安装孔，因此，本章节重点研究在线冲后举门安装孔。在线冲后举门安装孔系统包含车身定位系统、视觉系统和冲孔系统。图1为在线冲后举门安装孔系统。

图1 在线冲后举门安装孔系统

各部件系统的功能如下：①车身定位系统。定位车身，并完成车身在不同工位间的输送。②视觉系统。测量与后举门匹配的外覆盖件安装定位点，根据测量信息计算出后举门安装孔位置，并将位置信息传输到PLC。在冲孔系统完成冲孔后，复测后举门安装孔位置，如果复测结果超差，工位报警，车辆进入返修工艺[2]。③冲孔系统。根据PLC中的后举门安装孔位置信息冲孔。

在线冲后举门安装孔系统工艺流程为：①车身定位系统将车身输送到冲孔工位，底板工装夹紧定位车身[3]；②视觉机器人测量外覆盖件的安装定位点，并计算冲孔位置；③冲孔机器人带冲孔枪到车身上冲后举门安装孔；④视觉机器人复测后举门安装孔，并完成数据对比[4]；⑤底板工装打开，车身被输送到下一个工位。

2 计算冲孔位置

在线冲后举门安装孔系统根据车身状态，计算后举门的安装位置。由于后举门安装孔在后车顶横梁上与XY平面平行的平面，并且冲孔过程不会改变后举门安装孔的Z坐标值，因此只需要确定冲孔位置的X和Y坐标值。

2.1 视觉测量点

视觉测量外覆件安装孔和尾灯安装孔，确定后举门安装孔的Y坐标值；测量车顶上的点确定后举门安装孔的X坐标值。要求视觉测点左右对称，以达到后举门与左右零件配合一致，图2为视觉测量点。

2.2 计算冲孔位置

后举门安装孔的Y坐标需要综合考虑左右外覆盖件安装孔和尾灯安装孔的位置，X坐标需要综合考虑左右车顶的位置，因此，冲孔位置计算公式如下：

式（1）（2）中：X和Y为产品数模中的后举门安装孔坐标；X´和Y´为实际冲孔坐标；A为车顶测点；B为外覆盖件或侧围外板测点；C为尾灯安装孔测点；A，B和C为视觉测量值；A´，B´和C´为产品设计数模中坐标值；L和R分别表示左侧测点和右侧测点。

图2 为视觉测量点

3 后举门径孔安装精度

在线冲后举门安装孔系统的精度决定后举门径孔安装的精度，影响整车后部零件匹配，因此需要保障在线冲后举门安装孔系统的精度。

3.1 误差的组成及设备精度

在线冲后举门安装孔系统的误差包含视觉机器人的重复性误差、视觉测量系统的误差、冲孔机器人的重复性误差、冲孔枪的重复性误差、冲孔机器人以及视觉机器人的安装系误差。

各部件的误差为：①视觉机器人。由于视觉设备质量轻，并且测量范围要求低，视觉机器人可选用高精度机器人，例如FANUC的M 710iC，其重复性误差为±0.07 mm[5]。②冲孔机器人。冲孔枪的质量在220 kg左右，并且机器人可达范围要求高，因此，需要选用中载或重载的长臂机器人，例如FANUC的M900iA 260L，其最大负载为260 kg，可达范围为3 100 mm，重复性误差为±0.3 mm。③视觉。视觉设备的误差由传感器灵敏度和测量物体表面质量决定，其传感器灵敏度为±0.025 mm，在测量车身的工况下，其测量误差为±0.05 mm。④冲孔枪。冲孔枪的重复性误差为±0.1 mm。⑤视觉机器人和冲孔机器人安装误差。首先现场通过画线完成设备安装，然后使用激光跟踪仪根据底板工装的定位销和定位面建立车身坐标系。视觉机器人和冲孔机器人分别运动到10个不同位置，使用激光跟踪仪测量机器人在10个不同位置的坐标，计算出视觉机器人和冲孔机器人在车身坐标系下的坐标。计算出的坐标存在约±0.5 mm误差，误差产生的原因包含建立车身坐标系时产生的误差、测量误差、软件计算误差[6]。

3.2 冲孔机器人和视觉机器人安装误差修正

由于冲孔机器人和视觉机器人的安装系误差为恒定值，可通过分析实车数据，消除冲孔机器人和视觉机器人的安装系误差，提升在线冲后举门安装孔系统精度。

3.2.1 视觉机器人安装误差修正

左右各选取视觉测量点中的一个测点n，首先在冲孔工位使用视觉测量测点n，然后将车身放到三坐标测量间测量测点n，通过对比视觉测量值和三坐标测量值，修正视觉机器人安装误差。其中，视觉测量误差包含视觉机器人安装误差、视觉机器人重复性误差、视觉测量设备误差和底板工装定位误差。三坐标测量误差为底板定位误差。上述误差，除视觉机器人安装误差以外，均符合动态分布原则。因此，通过收集30组数据，计算出视觉测量和三坐标测量数据的标准差，计算公式如下：

式（3）中：σx为X方向的标准差；xi为三坐标测量第i辆车的X坐标值；xi´为视觉系统测量第i辆车的X坐标值。

按照公式（3）分别计算出X，Y和Z向的标准差，标准差即是视觉机器人安装误差，将标准差添加到机器人的坐标，即完成视觉机器人安装误差的修正。

3.2.2 冲孔机器人安装误差修正

在完成视觉机器人安装误差修正之后，进行冲孔机器人安装误差修正。首先在后举门冲孔工位使用视觉系统测量，并计算出冲孔坐标并完成冲孔，然后将车身放到三坐标测量间测量后举门安装孔，通过对比视觉系统计算数据和三坐标测量结果，修正冲孔机器人安装误差。其中，视觉系统计算出的冲孔坐标的误差包含视觉机器人重复性误差、视觉测量设备误差和底板工装定位误差。

冲孔系统误差包含冲孔机器人安装误差、冲孔枪的重复性误差和冲孔机器人重复性误差。三坐标测量误差为底板定位误差。上述误差，除冲孔机器人安装误差以外，均符合动态分布原则，因此，通过收集30组数据，计算视觉系统计算数据与三坐标测量结果的标准差，即是冲孔机器人安装误差，其计算公式如下：

式（4）中：θx为X方向的标准差；xi´为视觉系统计算出的第i辆车X向冲孔坐标值；xio为三坐标测量的第i辆车后举门安装孔的X坐标值。

按照公式（4）分别计算出X和Y的标准差，标准差即是冲孔机器人安装误差。由于冲孔机器Z向的安装误差对冲孔精度无影响，因此，将标准差X和Y添加到机器人的坐标，即完成冲孔机器人安装误差的修正。

3.3 后举门径孔安装的精度

完成视觉机器人安装误差修正和冲孔机器人安装误差修正后，在线冲后举门安装孔系统精度计算公式及结果为：

因此后举门径孔安装的精度为±0.32 mm。

4 结束语

本文通过研究后举门在线冲孔系统，实现后举门径孔安装，通过设备选型和误差修正，提升后举门在线冲孔系统精度，保障后举门径孔安装精度。在后举门与车身钣金直径配合的情况下，使用工装模拟后举门与外覆盖件的匹配，其安装精度为±0.7 mm。

因此，后举门径孔安装能提高后举门的安装精度，提高整车后部的外观匹配质量。此外，后举门径孔安装可以减少后举门安装工装，提升白车身生产线的工作效率。对于后续新车型引入，在线冲后举门安装孔系统仅需要更改设备程序，可以减少新车型引入时间和投资成本，符合白车身生产线高柔性发展趋势，提升汽车制造企业的竞争力，实现汽车制造业可持续发展。