汽车门内板总成焊接防错技术研究及其应用

李世然 方向东

摘要：为了满足消费者对个性化的需求，越来越多的汽车制造商推出了菜单式的配置解决方案。多配置不仅体现在动力总成的选择上，同时也体现在内饰零件的颜色和材质上。面对种类繁多的内饰零件，零部件供应商一边加紧生产满足汽车制造商JustinTime的及时供货需求，一边花费大量精力挑选合适的零件以应对汽车主机厂柔性化生产的要求。内饰零件的生产模式充分体现出小规模，多配置，菜单式的特点，Justintime的供货模式更对柔性生产线的防错装置提出了更高的要求。因而，找到一种低成本，高效率的防错手段是企业实施零缺陷管理的重要途径。

关键词：关键词：生产防错，零缺陷管理，视觉识别，柔性化生产

1门内饰焊接防错设计

2011款Ford野马跑车的内饰有多达125种个性化配色，国内也有了9种内饰配色的大众高尔夫，对于28种配置的大切诺基，防错设计是不容忽视的。超声波焊接是零件组合最重要的一个工序。经过焊接后，零件将不能拆卸替换，一旦造成零件错漏装并完成焊接，则会直接导致报废的发生，造成重大的浪费和损失。因此在焊接前进行零件的识别是关键。由于在设计阶段考虑通用性，零件的结构上没有特别明显的差异，故难以采用控制源头的阻断原理的手段区分不同的零件;由于颜色众多且十分相近，利用颜色区分警示的办法已不适用;焊接工段的组装也不具备实行顺序与自动防错的条件，同时考虑到夹具的改造需要大成本的投入，故采用电器防错的手段，辅以条形码扫描的方式，采用光电传感器，并对零部件进行编码，主要从材质和颜色两个方面进行判别，采用的主要技术手段如下所述。

1.1判别零件颜色的有效方法

工业上，采用最为广泛的是RGB色彩模式。图1中左下为绿，右下为红，中间为蓝，该图形的每一条边都可以按照RGB分量等分256，顺序各取一个0～255范圍内的强度值。RGB图像只使用绿，红，蓝三种颜色，使它们按照不同的比例混合，在256？256？256的分割内重现16777216种颜色

通过彩虹，我们知道自然光是由7色光混合而成，原则上，要实现各色也需要7色光源，但是受限于实现7种纯色光技术条件及工业化应用的实际情况，将7色光简化为3色混合，亮度等于混合光亮度之和，越混合亮度越高。加法混合的一个特点是越叠加越明亮。有色光叠加无色光会变淡并变亮，红色光与白光相遇，会产生明亮的浅红光。如果绿，蓝，红三色光同时叠加，则中心为白色，即最亮的叠加区。红，绿，蓝三色在图9中各分为256阶，在0时最弱，在255时最强，当三个数值都相同时是无色彩的灰度，该灰度色在图9中只有（0，0，0）的黑色以及（255，255，255）的白色可见，其他的254阶灰度在图9中隐藏在上顶点与下顶点的连线上，由此可见RGB色彩模式是一个立体图形。

2焊机防错设计

2.1色差识别

对于工业化的内外饰零件生产而言，色差的控制是必不可少的。一般而言，一个产品开发完成后，汽车主机厂会对某一牌号的色母或表皮进行批准，而零部件供应商需要每天对所生产的零件进行检验。因为检验零件颜色的耗时较长，通常批量生产的情况下，对首件产品进行检验并每隔2小时进行抽检，而无法做到对所有的零件进行控制，因此难免会发生质量波动。因此需要对零件先进行色彩的阈值检验，以达到控制色差的目的。延锋使用的CZ-H35S颜色感应器具有3种检测模式1.SuperI：检测接收到的光线数量2.C：检测颜色构成3.C+I：检测颜色构成和接收到的光线数量在初期调试中，传感器测得的是RGB模式的数据，即检测模式2，并与标准值进行比对，以判别错误，进行防错。在实际应用中，开发团队使用SuperI模式来检测零件颜色，同时，使用极限颜色封样（最深极限和最浅极限）的样品测量得到的光线数量数值，作为这种颜色光线数量的上下阈值。在阈值范围内的，视作颜色与极限封样接近，可以正常生产，否则，设备报警，提示颜色不匹配。如此能够做到使用设备全检所有零件，控制色差的目的。

2.2基于光电传感器组合设计防错的材质识别

光电传感器是广泛用于工业生产中的一种电子设备，具有易于使用，稳定，耐用，寿命长等特点，是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。本课题中使用的是PZ-101系列的光电传感器，具有可见光点小，仅为5mm*5mm的特点。

2.3光源对传感器识别的影响

由于安装空间和避免光泽影响的缘故，实际生产中选择了CZ-H35S发光器，理论光点为4.5mm。但是上装饰板高配与低配判别仅仅有一个直径6MM的孔来区别，实际传感器在调试时发出的光束（哪怕是在焦点位置）就已经达到8MM直径，明显不能达到标称尺寸。在这种情况下，无论有孔没孔，即使把感应装置调到极限小，还是要么都感应，要么都感应不出，无法判别是否发生错误，防错的试制遇到了瓶颈。

3门内板产品的防错实施与追溯

3.1终检视觉识别防错方案

延锋焊接装配后的门内板产品还要按照配置要求，安装发光线束，座椅记忆开关和15个多节塑料推钉。为了避免与客户之间对于零件表面质量缺陷原因的互相推诿，也为了避免错装线束，漏装塑料推钉带来的客户抱怨和失效，开发团队采购Keyence公司的CV200C百万像素数字影像机作为核心部件，委托延锋装备中心研发了识别系统，该系统对总成零件进行终检识别防错。识别摄像头直接安装在终检工位支架上端，由于需要拍出塑料推钉的关系，摄像头对环境亮度有一定要求。如图2，3所示，识别照相机的周围及零件正上方需要700流明以上的光照强度，且照相机与零件之间不能有其他异物干扰识别。

终检系统工作流程：终检工序首先要对门内饰板总成条码进行扫描，设备识别条码后读取预存在终检设备中的目标影像A，相机对产品拍照后得到照片B与目标影像A进行对比，如果A和B中同一关键位置（X坐标，Y坐标）的色彩（像素）符合，即无异常发生，如图23所示，系统将照片B上传到服务器，并将相关的总成条码，线束条码，客户装车VIN码与产品照片B文件名进行关联。

结论：

总结了现有防错法，防错技术的特征、效果与优劣点，并从中寻找到适用本企业的防错方式是加装探测传感器替代双人工识别，以实时监控生产线生产情况。开发团队对可供选择的颜色识别装置进行了分析，比较各种方案的特点，针对材质不同，光泽不同的实际情况选择有效的识别装置，结合实际生产线情况和设备需求，选定Keyence公司的RGB数字光纤传感器CZ-V20系列产品CZ-H35S型号为颜色传感器。针对材质识别的局限，利用加工工艺的不同，进行零件结构的变更，使用普通光电识别器进行组合判别，解决了材质识别问题。为使得产品下线后，更好的监控质量风险，直到用户使用都能随时查询其相关信息，特地建立条形码规则，添加零件的流水条形码，加装条码读取及上传，建立零件追溯系统。在最终装配后使用拍照识别系统，对最终产品进行拍照留档。

参考文献：

[1]张振东，赵雪松，王幼民，周革，豆忠颖，杨晓丽，杜晓阳.汽车门内板拉深成形数值模拟与参数优化[J].机械科学与技术，2014，33（01）：122-126.

[2]贡见秀，李健平.一种汽车门内板二次拉深冲压工艺的设计[J].模具技术，2012（05）：39-43.

[3]陈云霞，李军，李中兵.激光拼焊汽车门内板焊缝性能研究[J].汽车工艺与材料，2012（04）：1-5.

[4]郝霆，何志民.汽车门内板冲压成形CAD/CAE应用分析[J].机电一体化，2009，15（12）：80-83.

[5]及瑞雪，李海鹏，王立辉，乔志佳，卢君玮，赵维民.汽车门内板拉深成形工艺分析与优化[J].模具工业，2009，35（11）：25-28.