CN101344387A - 基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种产品制造技术领域的基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其中：装配总成偏差模块建立装配总成偏差与参与装配零件的制造偏差和夹具偏差之间的线性关系，并把结果发送到装配偏差数据预处理模块和夹具偏差诊断模块；装配偏差数据预处理模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据，从而从装配总成偏差检测数据中消除掉，得到主要由夹具偏差引起的装配总成偏差数据；夹具偏差诊断模块基于上述两个模块得到的结果进行夹具偏差诊断。本发明在零件偏差测量数据和装配总成偏差测量数据基础上，诊断出对装配总成偏差有重要影响的夹具偏差源。

Description

基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统

技术领域

本发明涉及到的是一种汽车工程技术领域的夹具偏差诊断系统，具体涉及的是一种基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统。

背景技术

轿车车身是由柔性薄板零件通过多个工位焊接装配而成。在每一工位上，每一个待焊零件由定位销或定位夹紧块等夹具进行零件的定位和夹紧，精确控制零件的空间位置和姿态，然后进行焊接装配。车身薄板零件在焊接装配时，根据零件的大小采用3-2-1或N-2-1定位方式，即在零件最大投影平面设置3或N个定位夹紧点，在另外两个垂直投影平面按大小分别设置2个和1个定位夹紧点，这些零件的定位夹紧点由焊装夹具的定位销和定位夹紧块实现。

轿车车身零件都是由冲压工艺制造而成，由于冲压回弹的存在，零件尺寸存在制造偏差是不可避免的，并且在冲压生产过程中由于零件材料存在差异、冲压模具在使用过程的磨损等原因往往会影响冲压零件的尺寸状况。在后续零件的焊接装配过程中，用于零件定位夹紧的夹具由于制造或在实际使用磨损等原因，往往也会与名义设计位置有偏差，这些夹具偏差在装配过程中也会影响装配总成的尺寸状况。因此，这些零件制造偏差和夹具偏差会综合影响装配总成尺寸，形成装配总成的尺寸偏差。在车身多工位装配过程中，这些装配总成的尺寸偏差在下级装配工位会作为新的零件制造偏差输入，连同新的夹具偏差影响着更高级装配总成的尺寸状况。因此某一级总成的尺寸偏差是所有参与装配的零件制造偏差和多级工位夹具偏差影响的综合。如果在实际生产过程中，通过检测发现某一总成尺寸偏差超差，如何快速正确地检测出偏差产生的部位是非常重要的。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利号CN 1655082A提出了一种基于核主元分析的非线性故障诊断的方法。该发明用系统正常状态时的监测数据进行非线性分析，应用重要的非线性主元构造系统正常状态时的核主元模型；将系统新测量的数据映射到核主元模型，用核主元模型对新测数据提取的特征信息对数据进行重构；通过计算新测数据和核主元模型对其重构之间的余差来判断系统的工况条件。应用此方法到车身装配尺寸质量诊断虽然能监测出质量问题，但无法诊断出影响装配尺寸质量的夹具偏差量和发生的部位。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，在零件偏差测量数据和装配总成偏差测量数据基础上，实现对单一焊接工位各夹具偏差量的分析，诊断出对装配总成偏差有重要影响的夹具偏差源。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下三个模块：装配总成偏差模型模块、装配偏差数据预处理模块、夹具偏差诊断模块。在确定参与装配零件的各定位夹紧点位置、焊点位置以及装配总成测点位置基础上，其中：

所述装配总成偏差模块建立装配总成偏差与参与装配零件的制造偏差和夹具偏差之间的线性关系，并把结果发送到装配偏差数据预处理模块和夹具偏差诊断模块，作为装配偏差数据预处理和夹具偏差诊断的依据；

所述装配偏差数据预处理模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据，从而从装配总成偏差检测数据中消除掉，得到主要由夹具偏差引起的装配总成偏差数据，此结果输入到夹具偏差诊断模块中作为夹具偏差诊断的数据样本；

所述夹具偏差诊断模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与夹具偏差之间的关系，得到各夹具偏差模式基向量，利用装配偏差数据预处理模块得到的主要由夹具偏差引起的装配偏差数据进行夹具偏差诊断。

所述的装配总成偏差模型模块包括零件偏差诱因模型子模块、夹具偏差诱因模型子模块，其中：

所述零件偏差诱因模型子模块负责得到装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，包含装配总成测点对应零件测点的初始制造偏差和零件焊点偏差引起的装配总成偏差两部分，用公式表述为{U_p}＝{U₀}+[S]{V}，其中{U₀}为装配总成测点对应零件上测点的初始制造偏差，[S]为装配总成偏差对零件焊点偏差的敏感度矩阵，{V}为零件焊点偏差；

所述夹具偏差诱因模型子模块负责得到总成偏差与各夹具偏差之间的关系{U_f}＝[S_f]{V_f}，其中[S_f]为装配总成偏差对各夹具偏差的敏感度矩阵，{V_f}为各夹具偏差，零件偏差和夹具偏差是引起装配总成偏差的最主要的两部分偏差来源；零件偏差诱因模型子模块是装配偏差数据预处理模块的基础，夹具偏差诱因模型子模块是夹具偏差诊断模块的基础。[S]和[S_f]是通过装配零件有限元或运动学分析获得。

所述的装配偏差数据预处理模块包括零件偏差诱因数据子模块、夹具偏差诱因数据子模块，其中：

所述零件偏差诱因数据子模块利用装配总成偏差模型中零件偏差诱因模型子模块和零件偏差检测数据，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据；

所述夹具偏差诱因数据子模块得到主要由夹具偏差引起装配总成偏差，是由装配总成偏差检测数据消除掉由零件偏差诱因子模块计算得到的零件偏差引起的装配总成偏差数据得到的。夹具偏差诱因数据子模块得到的装配总成偏差数据是夹具偏差诊断模块的数据样本输入。

所述的夹具偏差诊断模块包括夹具偏差模式基向量构建子模块、各夹具偏差量子模块、主要夹具偏差源诊断子模块，其中：

所述夹具偏差模式基向量构建子模块利用装配总成偏差模型模块中夹具偏差诱因模型子模块的装配总成偏差对各夹具偏差的敏感度矩阵[S_f]进行单位正交处理得到各夹具偏差模式基向量；

所述各夹具偏差量子模块是利用装配偏差数据预处理模块中夹具偏差诱因数据子模块得到的装配偏差数据向各夹具偏差模式基向量映射得到夹具偏差基向量对应的夹具偏差量，进而得到各夹具实际偏差量数据；

所述主要夹具偏差源诊断子模块对得到的各夹具实际偏差量数据进行方差计算，判断各夹具偏差对装配偏差的贡献度，诊断出影响装配总成偏差的主要的夹具偏差源。

本发明考虑车身制造过程薄板零件具有柔性变形的特点，结合有限元技术建立了装配过程装配总成偏差模型，构建了各夹具偏差模式基向量，结合零件检测数据和装配总成检测数据能及时发现生产过程中各定位夹具存在的问题，进行过程整改，提高产品质量，适用于车身装配过程每一单工位夹具偏差的诊断。

附图说明

图1本发明系统结构框图。

图2本发明车身尾灯板装配示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例系统包括以下三个模块：装配总成偏差模型模块、装配偏差数据预处理模块、夹具偏差诊断模块。在确定参与装配零件的各定位夹紧点位置、焊点位置以及装配总成测点位置基础上，其中：

所述装配总成偏差模块是建立装配总成偏差与参与装配零件的制造偏差和夹具偏差之间的线性关系，并把结果发送到装配偏差数据预处理模块和夹具偏差诊断模块，作为装配偏差数据预处理和夹具偏差诊断的依据。

所述装配偏差数据预处理模块是利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据，从而从装配总成偏差检测数据中消除掉，得到主要由夹具偏差引起的装配总成偏差数据，此结果输入到夹具偏差诊断模块中作为夹具偏差诊断的数据样本。

所述夹具偏差诊断模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与夹具偏差之间的关系，得到各夹具偏差模式基向量，利用装配偏差数据预处理模块得到的主要由夹具偏差引起的装配偏差数据进行夹具偏差诊断。

如图2所示，为本发明车身尾灯板装配示例图，图中：车身尾灯板装配总成是由两个零件尾灯板和内板装配而成，两个零件均采用3-2-1定位方案进行定位夹紧。对于尾灯板，定位块B₁₁、B₁₂、B₁₃定位约束零件X方向，定位销P₁定位约束零件Y、Z方向，定位销P₂定位约束零件Y方向；对于内板，定位块B₂₁、B₂₂、B₂₃定位约束零件Y方向，定位块B₂₄、B₂₅定位约束零件X方向，定位块B₂₆定位约束零件Z方向。尾灯板和内板上的焊点分别为W₁₁、W₁₂、W₁₃和W₂₁、W₂₂、W₂₃。对于尾灯板装配总成，控制Y方向制造尺寸偏差最重要，选择装配总成测点M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆来检测装配总成在Y方向尺寸偏差，影响Y方向尺寸偏差的夹具有P₁、P₂、B₂₁、B₂₂、B₂₃。

如图1所示，装配总成偏差模型模块包括零件偏差诱因模型子模块、夹具偏差诱因模型子模块。

零件偏差诱因模型子模块主要是得到装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，包含装配总成测点对应零件测点的初始制造偏差和零件焊点偏差引起的装配总成偏差两部分，如图2所示，可得到零件偏差诱因模型为：{U_p}＝{U₀}+[S]{V}，其中{V}＝{W₁₁  W₁₂  W₁₃  W₂₁  W₂₂  W₂₃}^T，

$\left[\mathrm{S}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}-0.0124& 0.0090& 0.0058& -0.0004& 0.0014& 0.0004\\ 0.0420& 0.0594& 0.0160& 0.0010& 0.0089& 0.0001\\ 0.0043& 0.0018& 0.0002& 0.0001& 0.0004& 0\\ 0.0042& 0.0236& 0.0036& 0.0001& 0.0041& -0.0001\\ -0.5721& -0.5316& 0.1013& -0.0078& -0.0561& 0.0160\\ -0.0507& -0.2838& -0.4145& -0.0018& -0.0300& -0.0428\end{array}\right].$

夹具偏差诱因模型子模块主要是得到装配总成偏差与各夹具偏差之间的关系，如图2所示，可得模型{U_f}＝[S_f]{V_f}，其中{V_f}＝{P₁  P₂  B₂₁  B₂₂  B₂₃}^T，

$\left[S_f\right]=\left[\begin{array}{ccccc}0.5654& 0.4370& 0.0005& 0.0002& 0.0008\\ 0.4703& 0.6470& 0.0065& 0.0021& 0.0013\\ 0.9889& 0.0174& 0.0004& 0.0001& 0\\ 0.3822& 0.6492& 0.0026& 0.0009& 0.0005\\ -0.9611& -0.0413& 0.3209& 0.8722& -0.2411\\ -0.1911& -0.5579& -0.0370& 0.1639& 0.7984\end{array}\right].$

零件偏差诱因模型子模块是装配偏差数据预处理模块的基础，夹具偏差诱因模型子模块是夹具偏差诊断模块的基础。[S]和[S_f]是通过装配零件有限元分析获得。

如图1所示，装配偏差数据预处理模块包括零件偏差诱因数据子模块、夹具偏差诱因数据子模块。零件偏差诱因数据子模块利用装配总成偏差模型中零件偏差诱因模型子模块和零件偏差检测数据，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据{U_p}。夹具偏差诱因数据子模块得到主要由夹具偏差引起装配总成偏差{U_f}，是由装配总成偏差检测数据消除掉由零件偏差诱因子模块计算得到的零件偏差引起的装配总成偏差数据得到的。夹具偏差诱因数据子模块得到的装配总成偏差数据是夹具偏差诊断模块的数据样本输入。

如图1所示，夹具偏差诊断模块包括夹具偏差模式基向量构建子模块、各夹具偏差量子模块、主要夹具偏差源诊断子模块。

夹具偏差模式基向量构建子模块利用装配总成偏差模型模块中夹具偏差诱因模型子模块的装配总成偏差对各夹具偏差的敏感度矩阵[S_f]进行单位正交处理得到各夹具偏差模式基向量矩阵[D]＝[S_f][G]^-1，[G]为变换矩阵，是一个上三角矩阵，对应于夹具偏差模式基向量的夹具偏差变为：{W}＝[G]{V_f}。如图2所示，可得各夹具偏差模式基向量矩阵为：

$\left[D\right]=\left[\begin{array}{ccccc}0.3490& 0.2306& 0.1526& 0.1997& -0.5542\\ 0.2903& 0.4766& 0.0046& 0.2809& 0.7496\\ 0.6104& -0.3469& 0.6553& -0.1226& 0.0939\\ 0.2359& 0.5113& -0.0721& 0.3363& -0.3478\\ -0.5932& 0.3127& 0.7362& 0.0909& -0.0077\\ -0.1179& -0.4900& 0.0068& 0.8630& 0.0339\end{array}\right],$

每一列向量为对应夹具P₁、P₂、B₂₁、B₂₂、B₂₃的偏差模式基向量。

各夹具偏差量子模块是利用装配偏差数据预处理模块中夹具偏差诱因数据子模块得到的装配偏差数据向各夹具偏差模式基向量映射得到夹具偏差基向量对应的夹具偏差量{W}＝[D]^T{U_f}，进而得到各夹具实际偏差量数据{V_f}＝[G]^-1{W}。

主要夹具偏差源诊断子模块对每一夹具偏差{V_fi}，由n个诊断样本量，可得到每一夹具偏差的方差σ_i ²，然后计算每一夹具偏差对主要由夹具偏差引起的装配总成偏差的贡献度为： $R_i=\frac{{\mathrm{\σ}}_i^2}{\mathrm{trace}\left({\mathrm{\Σ}}_{\left[V_{\mathrm{fi}}\right]}\right)}\×100\%,$ 其中

为夹具偏差协方差矩阵的迹，表示所有夹具偏差方差之和。按夹具偏差贡献度从大到小排列，反应了夹具偏差对装配总成偏差影响的程度，可确定主要的夹具偏差。

本实施例利用零件和装配总成的偏差数据，能够准确的诊断出各夹具偏差数据，分析出影响装配总成制造尺寸偏差的主要夹具偏差源，并且本实施例不受测量样本量的影响，在车身测量数据小样本的情况，仍能准确诊断出夹具偏差量。

Claims (5)

1、一种基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其特征在于，包括如下三个模块：装配总成偏差模型模块、装配偏差数据预处理模块、夹具偏差诊断模块，在确定参与装配零件的各定位夹紧点位置、焊点位置以及装配总成测点位置基础上，

所述装配总成偏差模块建立装配总成偏差与参与装配零件的制造偏差和夹具偏差之间的线性关系，并把结果发送到装配偏差数据预处理模块和夹具偏差诊断模块，作为装配偏差数据预处理和夹具偏差诊断的依据；

所述装配偏差数据预处理模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据，从而从装配总成偏差检测数据中消除掉，得到主要由夹具偏差引起的装配总成偏差数据，此结果输入到夹具偏差诊断模块中作为夹具偏差诊断的数据样本；

所述夹具偏差诊断模块利用装配总成偏差模型中装配总成偏差与夹具偏差之间的关系，得到各夹具偏差模式基向量，利用装配偏差数据预处理模块得到的主要由夹具偏差引起的装配偏差数据进行夹具偏差诊断。

2、根据权利要求1所述的基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其特征是，所述的装配总成偏差模型模块包括零件偏差诱因模型子模块、夹具偏差诱因模型子模块，其中：

所述零件偏差诱因模型子模块负责得到装配总成偏差与零件制造偏差之间的关系，包含装配总成测点对应零件测点的初始制造偏差和零件焊点偏差引起的装配总成偏差两部分，用公式表述为{U_p}＝{U₀}+[S]{V}，其中{U₀}为装配总成测点对应零件上测点的初始制造偏差，[S]为装配总成偏差对零件焊点偏差的敏感度矩阵，{V}为零件焊点偏差；

所述夹具偏差诱因模型子模块负责得到总成偏差与各夹具偏差之间的关系{U_f}＝[S_f]{V_f}，其中[S_f]为装配总成偏差对各夹具偏差的敏感度矩阵，{V_f}为各夹具偏差，零件偏差和夹具偏差是引起装配总成偏差的最主要的两部分偏差来源；

所述零件偏差诱因模型子模块是装配偏差数据预处理模块的基础，夹具偏差诱因模型子模块是夹具偏差诊断模块的基础。

3、根据权利要求2所述的基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其特征是，所述的装配总成偏差模型模块采用装配零件有限元或运动学分析获得[S]和[S_f]。

4、根据权利要求1所述的基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其特征是，所述的装配偏差数据预处理模块包括零件偏差诱因数据子模块、夹具偏差诱因数据子模块，其中：

所述零件偏差诱因数据子模块利用装配总成偏差模型中零件偏差诱因模型子模块和零件偏差检测数据，得到由零件制造偏差引起的装配总成偏差数据；

所述夹具偏差诱因数据子模块得到主要由夹具偏差引起装配总成偏差，通过装配总成偏差检测数据消除掉由零件偏差诱因子模块计算得到的零件偏差引起的装配总成偏差数据得到的；

所述夹具偏差诱因数据子模块得到的装配总成偏差数据是夹具偏差诊断模块的数据样本输入。

5、根据权利要求1所述的基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，其特征是，所述的夹具偏差诊断模块包括夹具偏差模式基向量构建子模块、各夹具偏差量子模块、主要夹具偏差源诊断子模块，其中：

所述夹具偏差模式基向量构建子模块利用装配总成偏差模型模块中夹具偏差诱因模型子模块的装配总成偏差对各夹具偏差的敏感度矩阵[S_f]进行单位正交处理得到各夹具偏差模式基向量；

所述各夹具偏差量子模块是利用装配偏差数据预处理模块中夹具偏差诱因数据子模块得到的装配偏差数据向各夹具偏差模式基向量映射得到夹具偏差基向量对应的夹具偏差量，进而得到各夹具实际偏差量数据；

所述主要夹具偏差源诊断子模块对得到的各夹具实际偏差量数据进行方差计算，判断各夹具偏差对装配偏差的贡献度，诊断出影响装配总成偏差的主要的夹具偏差源。

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