后举门净孔安装结合Vision在线冲孔应用

作者:上汽通用汽车有限公司 姚晓春 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-16
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上汽通用汽车有限公司 姚晓春

如今人们对高柔性、低成本的新技术在白车身区域应用的研究越来越广泛。白车身传统的后举门安装方法一般是人工使用大量工装来实现,存在匹配精度不稳定、人工反复调整导致操作工时增加等问题,为了根本性地解决问题,我们引入了白车身结合Vision工位系统在线冲净孔工艺创新技术,在线冲孔工艺由于是实时地根据每辆车的实际尺寸位移偏差值,在后横梁零件上冲出后举门对应的安装净孔,使得生产操作人员能不用工装直接把后举门安装到白车身上,减少了生产操作人员反复调整的非增值工作,也提升了原先Vision工位的增值工作。
本文重点介绍了在线冲孔技术的流程图和原理,以及在线冲孔工艺在白车身的应用特点,并探讨了其在应用时遇到的问题以及解决方法,为在线冲孔工艺技术的应用提供了参考。

机器人Vision引导技术精度分析
首先介绍机器人带Vision引导系统的原理及精度分析,如图1所示,L1为机器人相对车身坐标系的转换关系,Userframe;L2为辊床工装定位销的定位精度;L3为测量位置相对车身原点的位置度,车身工艺稳定性;L4为测量传感器的测量值,Sensor测量稳定性;L5为Sensor中心相对机器人6轴凸缘盘的位置关系,ToolFrame(TCP);L6为机器人6轴至底座Base的转换关系,机器人重复精度。

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       以车身原点出发,至测量位置结束,对应关系为F(L2,L3)=F(L1,L6,L5,L4)。其中左侧就是测量特征的变化量,包含车身制造误差与工装定位误差。若以测量建系点为基准,则车身位置的变化实质上就是车身坐标原点的变化,测量系统就是通过补偿坐标系原点来实现引导;右侧就是测量系统的测量值,误差可用半动态测试精度衡量。意义是指假设车身不变,测量系统的重复测量
精度。
       L1的是固定的转换关系,重复精度不变;L6是机器人的重复精度,一般是0.2 mm;L5是测量传感器的重复精度,一般是0.15 mm;L4也是一个固定的转换关系,重复精度不变。综合就是F(L2,L3)测量值的重复精度是√0.22+0.152=0.25(误差传播定律)。
需要注意的是,以上分析都是基于这是一个相对测量系统,分析误差都是基于重复性精度,而不是绝对精度。

Vision结合冲枪在线冲孔技术

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       在线冲孔首先是利用机器人Vision视觉引导系统测量白车身实际尺寸,通过系统迭代计算后传递给冲枪将两层或多层板材穿透。在线冲孔工位及Vision测点选取原则如图2所示;冲枪设备通常为C型枪结构,如图3所示,利用冲压气缸联合液压装置驱动,让被连接的板件受足够冲程力成形冲孔,被冲下的板材废料将通过此冲孔的废料收集装置收集,规避了板件在被冲的过程中废料直接掉落在白车身里的风险。板料的变形原理是:上模不断下行,同时挤压下模侧材料一起向下流动,在冲压力的作用下逐渐向下模内下槽处流动,直至板件掉落。

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在线冲孔技术应用案例
       目前某汽车工厂车身车间已结合并利用已有工位的常规Vision测量设备来实现冲孔工艺,如图4所示。

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       该工厂实际应用数据分析如下:
       1. Vision系统重复性分析
       目前线上已有Vision工位的系统重复性:Range≤0.42 mm;Robot型号为M-900iA/260L。
       引导系统综合重复性计算结果为√0.62+0.422+0.12=0.75 mm,其中系统中各项重复性指标如表所示。

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       2.冲孔精度要求
       冲孔位置度要求为±0.5 mm,即Range为1 mm(以建系点为基准)。因此0.75<1 mm,满足要求。


       3.冲孔实测稳定性
       以上理论计算结果通过后,我们再分析某工厂车间现场实际监控10组数据(见图5),可看出此系统的稳定性满足要求。

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在线冲孔设备选型和质量控制
       在线冲孔技术在工艺发展、设备关键技术等方面做了较有成效的工作,对实现新型板材在车身中的应用起到了较大的推进作用。然而,在线冲孔技术在车身制造的应用过程中,仍会有各种问题。本文就日常生产经常遇到的一些问题进行了分析。


       1.冲枪选型
       板材能否被冲穿取决于被冲板材属性(包括板材厚度、材料牌号、抗拉强度和抗剪强度),要求首先通过CAE仿真分析得出。通过模拟零件在疲劳环境中的状况,得出疲劳破坏时的受力情况,如图6所示,冲枪气缸的最大出力强度标准将依据此数据制定,并且必须大于该数据,预留一定安全系数。然而在后续的在线冲孔设备选模试验中,会出现实际零件无法满足该强度标准的情况。此时,先排除试验设备、试验材料和人为等因素的影响,再考虑该种材料是否的确无法满足先前制定的强度标准。可通过更改产品设计,通过变更板材属性,来降低强度要求,然后再进行试验。

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       冲枪模具型号的选择和材料属性有较大关系。因此在模具选型时必须使用和实际零件材料完全一致的板材进行试验,包括板材供应商、板材型号和厚度均需与实物零件一致。否则选择的模具无法与实物零件匹配,零件总成强度可能无法达到强度要求。
       2.生产中在线冲孔强度关键因素分析
       在生产过程中,造成在线冲孔点强度不满足要求的影响因素大致包括以下几种:
       (1)枪体强度
       冲孔过程是一个动态过程,每次在线冲孔约有45 kN的力作用在连接零件上,对冲枪枪体也有较大的冲击,特别是产量较大的车型,每天产能达几百辆,这种情况对枪体的影响更大。如果枪体结构在设计之初没有充分考虑该因素,日积月累,枪体的结构会有部分变形,影响最终孔径。因此,在枪体设计时,应充分考虑枪体刚度,加强容易变形区域的枪体结构。
       (2)模具磨损及寿命
       因机械摩擦磨损,冲压一定数量之后,由于磨损,模具壁厚、型面都有了较大变化,在线冲出来的孔径亦随之变化,从而影响后续最终后举门安装。我们需要对机器人程序编制计数功能,到达一定数量后进行换模。通常建议铆接3万次后进行换模。另外孔位表面不平整时需调节冲头凹模相对工件位置,垂直公差角度不超过±3°。
       (3)板材变更
       零件材料对模具型号的选择有较大影响,因此,如果在生产过程中,零件材料发生变更,无法确认现有模具是否满足新材料强度要求。需要使用新材料验证,对冲孔模具进行重新评估,如果无法满足,则重新选模。
       (4)Vision在线测量系统校正
       一般常规情况下,Vision系统工况良好。若突发批量性Vision系统报警,需检查并定期通过工位旁补偿小球校正。
除了以上列举的因素,还包括其他如设备、人为等不确定因素,从而导致当在线冲孔强度发生波动时,需要详细分析波动的原因,解决实际问题。


       3.在线冲孔质量监控方法
日常生产中,一般采用止通规方法监控冲孔质量。使用专用测量工具(见图7)进行测量并记录结果,和标准进行对比,以判断孔径值是否符合要求。

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结语
       在线冲孔技术是一种比较新型的整车匹配方法,在提高整车尺寸匹配和降低劳动力成本的同时,使人员效率提高,减少投资,节能环保,在国内外各整车制造厂中已逐步得到广泛应用。在应用中充分了解其质量控制因素,总结其解决方法,将进一步发挥在线冲孔技术的优越性,降低汽车生产成本,提高竞争力。   

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