CN106895810B - 基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，结合车身装配工艺关系和夹具定位工艺信息，提取末端检测工位的测量数据中的超差测点，实现缺陷零部件的确定。通过对缺陷零件所涉及的潜在故障工位自上而下的判别，并利用缺陷零部件上测点实际距离与其标准距离间差异的评价与分析，实现故障工位的定位。在故障工位内通过对缺陷零件上关键测点间相对距离的判异，实现工位内零件自身缺陷的诊断；同时根据工位内偏差关系模型以及估计的方法，求解出定位元件的偏差，实现对夹具的故障诊断，并指导装配系统维护策略的制定。提高了诊断的精度，基于单车的故障诊断能够更为及时的发现系统故障源，从而降低由工艺系统故障产生的损失。

Description

基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法

技术领域

本发明涉及一种质量检测技术，特别涉及一种基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法。

背景技术

车身装配偏差源诊断技术一直是汽车制造企业在尺寸精度提升过程中的难题，在车身复杂的装配过程中零件制造偏差、夹具定位偏差、焊接误差以及操作缺陷等多误差源都会对白车身的装配偏差造成影响，而白车身的装配偏差对整车质量、车身外观质量、工程匹配以及市场占有率等均有很大的影响。

传统的SPC质量控制方法没有针对偏差源进行检测，当超差发生后，不能实现对偏差源的识别，因此，众多学者对基于数据驱动的方法进行了深入的研究。Hu和Wu首先利用主成分分析法对在线测量数据进行分析，初步实现了夹具偏差源的识别。在此基础上，Ceglarek等提出基于模式识别的系统性诊断方法，将主成分与预先定义好的失效模式通过计算欧式距离进行匹配，实现单工位夹具失效诊断。对于多夹具失效的情况，Liu和Hu等提出指定成分分析法对夹具偏差进行诊断，通过预先定义一组相互正交的夹具变形模式，初步解决了多夹具偏差混杂于同一主特征向量造成识别困难的问题。这些方法都未能实现夹具失效的多工位诊断。在此基础上Ceglarek等提出的基于知识的故障诊断方法，通过对测点偏差的相关性分析，初步实现多工位诊断，但是由于零件上测点的数目对诊断的精度有影响，因此该方法的诊断效果并不理想。

申请号为：200810042485，发明名称为基于偏差模式的柔性薄板产品夹具偏差诊断系统，该申请将主向量与先前已定义或已解决的案例模式进行匹配，实现偏差源的诊断。但是在多故障同时存在时，多偏差源的影响易混杂在同一主向量中，从而无法获得与之匹配的失效模式，造成偏差源识别困难，并且，偏差模式的识别很大程度上依赖已有偏差模式的定义与计算，对人员的经验和装配工艺知识的要求较高，这也限制了其在装配车间的实际应用。

申请号为：CN201510801748.6，发明名称为一种用于车声尺寸偏差的测量数据的辅助分析及检测方法，该申请将测点信息按零件分类并且通过不同零件测点间的相关性来实现偏差诊断。但是在多工位，多故障同时存在时相关性分析的准确度就会受到影响，同时基于统计的检测方法无法就单车情况下及时给出诊断。

发明内容

本发明是针对汽车装配时多偏差源难诊断的问题，提出了一种基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，解决多工位多偏差源的难题，该方法是基于零件测点距离判异的在线诊断方法，结合CAD定位信息和装配工艺信息，通过提取末端工位测量数据中波动测点，实现缺陷零件的确定。并利用零件测点之间距离判异的方法，通过对缺陷零件所涉及的工位自上而下的判别，实现故障工位的确定。在故障工位内通过对缺陷零件的关键测点距离判异，实现零件本身缺陷的诊断。如果零件合格则利用一种基于估计的方法，根据故障零件测点的偏差值和定位销坐标与测点偏差值的敏感度矩阵，求出定位销的偏差，实现对夹具的故障诊断，并指导制定维护策略。

本发明的技术方案为：一种基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，具体包括如下步骤：

1)、采用车身装配关系与工艺信息提取模块，提取装配过程中的测点和夹具定位信息以及装配工艺信息，从设计图纸中提取零部件的设计尺寸、公差尺寸信息，提取装配顺序、装配过程中测点和夹具定位点的坐标工艺信息，并将信息录入工艺装配树中；

2)采用车身偏差数据预处理模块，根据步骤1)工艺装配树中的测点信息，对装配后的末端工位白车身进行测量，将测量得到的数据按照工艺装配树的顺序进行分类，并对数据进行处理，将超差严重或者数据缺失的测点坐标剔除并重新测量，结果输出；

3)采用基于测点间距离判异的在线诊断模块，将步骤2)中预处理得到的实测偏差数据与步骤1)工艺装配树中零件信息设计公差进行比较确定缺陷零件，并从步骤1)工艺装配树中提取所有涉及工位，利用零件测点距离判异的方法，实现故障工位的诊断，在故障工位内通过对缺陷零件上关键测点间相对距离的判异，实现工位内零件自身缺陷的诊断；同时根据工位内偏差关系模型以及估计的方法，求解出定位元件的偏差，实现对夹具的故障诊断，并指导装配系统维护策略的制定。

所述步骤3)的具体步骤如下：

(1)缺陷零件确定：对车身末端工位测点数据进行分析，设M_ijk为车身装配过程中第i个工位上第j个零件上的第k个测点，i＝1,2,…,a；j＝1,2,…,b_i；k＝1,2,…,n_ij，其中a为工位个数，b_i为第i个工位上的零件个数，n_ij为第i个工位上第j个零件上的测点个数，设测点M_ijk的测量偏差和公差分别为V_ijk和T_ijk，通过各测点偏差V_ijk与其公差T_ijk的比较，若该零件上超差测点数大于等于n_ij0，则判定该零件为缺陷零件，其中n_ij0为设定的允许超差的测点个数；

(2)潜在故障工位提取：利用车身装配关系树中自上而下提取上述缺陷零件相关的所有工位为潜在故障工位；

(3)故障工位的定位：根据车身装配关系，从缺陷零件所涉及的第i个工位处计算缺陷零件j^*上各测点与该工位上其他零件j上各测点之间的距离j≠j^*,l＝1,2,…,n_ij,其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数，判异标准为实测距离d与其标准距离d^*之差的绝对值小于设定阈值ε，即判定该工位为合格工位，即|d-d^*|＜ε，ε的值根据实际生产状况做出调整，d^*取大批量生产后若干台样车的不同零件测点间距离的平均值；

(4)工位内故障诊断：在步骤(3)所确定的工位内，首先对缺陷零件测点进行距离判异，计算缺陷零件上各测点间的距离k’≠k^*，其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数，判异标准为实测距离d^c与其标准距离之差的绝对值小于设定阈值ε^c，即判定该零件为合格零件，即同时考虑夹具定位失效，根据有限元分析获得的测点偏差值向量y与定位销坐标偏差向量x之间的敏感度矩阵S，建立定位偏差与测点偏差矩阵方程，即y＝S*x，解出x，定位偏差与实际公差限对比确定出失效模式，ε^c的值根据实际生产状况做出调整，取大批量生产后若干台样车的相同零件测点间距离的平均值；

(5)工艺系统维护：针对步骤(4)的诊断结果对定位失效的工装夹具进行维护。

本发明的有益效果在于：本发明基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，引入新的车身装配质量诊断方法，基于零件测点距离判异结合装配工艺树，对故障零件所涉及工位自上而下的判异，找出故障工位，进而在故障工位内利用传统方法进行故障源诊断。建立了一套适用于多工位车身的车身装配质量在线诊断系统，克服了传统基于数据驱动的方法无法应用于多工位的情况；基于零件测点距离的诊断方法这样可以忽略坐标点的偏差，只要相对尺寸满足要求即判定为合格，提高了诊断的精度，基于单车的故障诊断能够更为及时的发现系统故障源，从而降低由工艺系统故障产生的损失。

附图说明

图1是本发明车身装配质量在线诊断系统系统功能模块图；

图2是前围分总成装配关系图；

图3是前围分总成装配树示意图；

图4是末端工位零件测点位置示意图。

具体实施方式

车身装配质量在线诊断系统包括车身装配关系与工艺信息提取模块，用于记录装配过程工艺信息，实现对故障零件所设计所有工位的匹配；车身偏差数据预处理模块，用于对三坐标仪测得的车身末端数据预处理，提取波动测点；基于测点间距离判异的在线诊断模块，用于实现对白车身故障工位以及工位内故障原因的诊断分析，并指导维护策略的制定。

如图1所示本发明车身装配质量在线诊断系统系统功能模块图，本发明的基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法的具体步骤如下：

步骤一：采用车身装配关系与工艺信息提取模块，提取装配过程中的测点和夹具定位信息以及装配工艺信息。

从CAD图纸(设计图纸)中提取零部件的设计尺寸、公差等尺寸信息，提取装配顺序、装配过程中测点和夹具定位点的坐标等工艺信息。将这些信息录入工艺装配树中。

步骤二：采用车身偏差数据预处理模块，根据步骤一工艺装配树中的测点信息，使用CMM(三坐标测量机)对装配后的白车身进行测量。将测量得到的数据按照工艺装配树的顺序进行分类。实验数据是包含各种噪声的数据，如检测过程中存在的测量错误、粗大误差等。设置测量阈值为T_m，将超差严重或者数据缺失的测点坐标剔除并重新测量，以此来减少因测量误差带来的诊断失败。结果输出至步骤三。

步骤三：采用基于测点间距离判异的在线诊断模块，将步骤二中预处理得到的实测偏差数据与工艺装配树中的零件CAD信息中设计公差比较确定缺陷零件，并从工艺装配树中提取所有涉及工位，利用零件距离判异的方法，实现故障工位的诊断，进一步利用估计方法(利用故障工位内的装配偏差模型的偏差源变量的参数估计方法，比如可利用确定性定位方法构建夹具定位偏差与测点偏差的刚体矩阵方程，即y＝S*x，解出定位偏差x，将定位偏差x与实际公差限对比)实现工位内故障源的确定。

所述步骤三的具体步骤为：

(1)缺陷零件确定：对车身末端工位测点数据进行分析，设M_ijk为车身装配过程中第i个工位上第j个零件上的第k个测点(i＝1,2,…,a；j＝1,2,…,b_i；k＝1,2,…,n_ij，其中a为工位个数，b_i为第i个工位上的零件个数，n_ij为第i个工位上第j个零件上的测点个数)，设测点M_ijk的测量偏差和公差分别为V_ijk和T_ijk，通过各测点偏差V_ijk与其公差T_ijk的比较，若该零件上超差测点数大于等于n_ij0(其中n_ij0为设定的允许超差的测点个数，可选择n_ij0＝20％*n_ij)，则判定该零件为缺陷零件；

(2)潜在故障工位提取：利用车身装配关系树中自上而下提取上述缺陷零件相关的所有工位为潜在故障工位；

(3)故障工位的定位：根据车身装配关系，从缺陷零件所涉及的第i个工位处计算缺陷零件j^*上各测点与该工位上其他零件j上各测点之间的距离(j≠j^*,l＝1,2,…,n_ij,其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数)，判异标准为实测距离d与其标准距离d^*(d^*可以取大批量生产后若干台样车的不同零件测点间距离的平均值)之差的绝对值小于设定阈值ε即判定该工位为合格工位(ε的值可以根据实际生产状况做出调整，如可选择ε＝2mm)，即|d-d^*|＜ε；

(4)工位内故障诊断：在步骤(3)所确定的工位内，首先对缺陷零件进行距离判异，计算缺陷零件上各测点间的距离(k’≠k^*，其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数)，判异标准为实测距离d^c与其标准距离(可以取大批量生产后若干台样车的相同零件测点间距离的平均值)之差的绝对值小于设定阈值ε^c，即判定该零件为合格零件，(ε^c的值可以根据实际生产状况做出调整，如可选择ε^c＝2mm)，即同时考虑夹具定位失效。根据有限元分析获得的测点偏差值向量y与定位销坐标偏差向量x之间的敏感度矩阵S，建立定位偏差与测点偏差矩阵方程即，y＝S*x，解出x，定位偏差与实际公差限对比确定出失效模式；

(5)工艺系统维护：针对步骤(4)的诊断结果对定位失效的工装夹具进行维护。

为说明诊断方法的有效性，本发明利用图2所示的五个零件的装配案例实现平面内偏差源的诊断：

前保险杠1和两个纵梁3、4在工位1焊接，定位点分别为P_1,1和P_1,2，P_1,3和P_1,4，P_1,5和P_1,6；前保险杠1和两个纵梁3、4组成的分总成和水箱横梁2在工位2上焊接定位点分别为P_1,1和P_1,6，P_2,1和P_2,2，之后其组成的零件在工位3上与前底板5焊接，定位点为P_1,1和P_1,6，其装配树如图3所示，最终得到前围分总成为末端工位。如图4所示，对末端工位布置25个测点对总成件进行在线检测。通过CMM测量末端工位的25个测点，得到其测点坐标值如表1所示末端工位测量数据。假设z方向没有偏差，只考虑2维平面内的偏差。通过数据预处理，剔除异常数据。将测量所得测点坐标与工艺装配树中所示坐标进行对比，所设阈值为±2平面内，发现工位1中三个零件的测点坐标超差5mm大于阈值，故暂定前保险杠和左右纵梁为问题零件。根据装配流程图所示信息定位到其所涉及的工位，即工位1，工位2和工位3。首先对工位1进行距离判异，计算工位1中三个零件x方向测点坐标间的距离d＝d(M_1,1,k,M_1,j,l)(j＝2,3,l＝1,2,…,5,k＝1,2,...,5)，与标准距离进行判异，判异标准为|d-d*|＜2，判异结果表2所示工位1距离判异结果，y坐标的距离判异同理。经判断y方向距离满足标准距离，故判定工位1无故障。接着对工位2进行距离判异，计算工位2中两个个零件测点坐标间的距离d＝d(M_2,1,k,M_2,2,l)(l＝1,2,…,15,k＝1,2,...,5)，与标准距离进行判异，判异标准为|d-d*|＜2，工位2中水箱横梁与工位1装配件的距离判异超出阈值如表3所示工位二距离判异结果，故判定工位2存在装配故障。最后对工位3进行距离判异，计算工位3中两个零件测点坐标间的距离d＝d(M_3,1,k,M_3,2,l)(l＝1,2,…,5,k＝1,2,...,5)，与标准距离进行判异，判异标准为|d-d*|＜2，工位3判异结果如表4所示工位3距离判异结果，由于水箱横梁与前底板的距离满足阈值要求，而工位一装配件与前底板的测点距离超出阈值要求，故判定工位3无故障。综上所述，锁定故障工位为工位2，故障源为前保险杠与纵梁装配件夹具定位故障。在工位2中通过工位内零件本身测点距离判断零件是否存在制造缺陷，同时利用估计的方法根据y＝S*x，解出定位偏差x，通过与名义值的对比发现前保险杠与纵梁装配件的15个测点的x方向都存在5mm的偏差值。通过对定位销的测量，发现由于四向销P1的磨损导致其x方向定位失效。

表1

表2

表3

表4

Claims (2)

1.一种基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)、采用车身装配关系与工艺信息提取模块，提取装配过程中的测点和夹具定位信息以及装配工艺信息，从设计图纸中提取零部件的设计尺寸、公差尺寸信息，提取装配顺序、装配过程中测点和夹具定位点的坐标工艺信息，并将信息录入工艺装配树中；

2)采用车身偏差数据预处理模块，根据步骤1)工艺装配树中的测点信息，对装配后的末端工位白车身进行测量，将测量得到的数据按照工艺装配树的顺序进行分类，并对数据进行处理，将超差严重或者数据缺失的测点坐标剔除并重新测量，结果输出；

3)采用基于测点间距离判异的在线诊断模块，将步骤2)中预处理得到的实测偏差数据与步骤1)工艺装配树中零件信息设计公差进行比较确定缺陷零件，并从步骤1)工艺装配树中提取所有涉及工位，利用零件测点距离判异的方法，实现故障工位的诊断，在故障工位内通过对缺陷零件上关键测点间相对距离的判异，实现工位内零件自身缺陷的诊断；同时根据工位内偏差关系模型以及估计的方法，求解出定位元件的偏差，实现对夹具的故障诊断，并指导装配系统维护策略的制定。

2.根据权利要求1所述基于零件测点距离判异的车身装配质量在线诊断方法，其特征在于，所述步骤3)的具体步骤如下：

(1)缺陷零件确定：对车身末端工位测点数据进行分析，设M_ijk为车身装配过程中第i个工位上第j个零件上的第k个测点，i＝1,2,…,a；j＝1,2,…,b_i；k＝1,2,…,n_ij，其中a为工位个数，b_i为第i个工位上的零件个数，n_ij为第i个工位上第j个零件上的测点个数，设测点M_ijk的测量偏差和公差分别为V_ijk和T_ijk，通过各测点偏差V_ijk与其公差T_ijk的比较，若该零件上超差测点数大于等于n_ij0，则判定该零件为缺陷零件，其中n_ij0为设定的允许超差的测点个数；

(2)潜在故障工位提取：利用车身装配关系树中自上而下提取上述缺陷零件相关的所有工位为潜在故障工位；

(3)故障工位的定位：根据车身装配关系，从缺陷零件所涉及的第i个工位处计算缺陷零件j^*上各测点与该工位上其他零件j上各测点之间的距离其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数，判异标准为实测距离d与其标准距离d^*之差的绝对值小于设定阈值ε，即判定该工位为合格工位，即|d-d^*|＜ε，ε的值根据实际生产状况做出调整，d^*取大批量生产后若干台样车的不同零件测点间距离的平均值；

(4)工位内故障诊断：在步骤(3)所确定的工位内，首先对缺陷零件测点进行距离判异，计算缺陷零件上各测点间的距离 其中为第i个工位上缺陷零件j^*上的测点个数，判异标准为实测距离d^c与其标准距离之差的绝对值小于设定阈值ε^c，即判定该零件为合格零件，即同时考虑夹具定位失效，根据有限元分析获得的测点偏差值向量y与定位销坐标偏差向量x之间的敏感度矩阵S，建立定位偏差与测点偏差矩阵方程，即y＝S*x，解出x，定位偏差与实际公差限对比确定出失效模式，ε^c的值根据实际生产状况做出调整，取大批量生产后若干台样车的相同零件测点间距离的平均值；

(5)工艺系统维护：针对步骤(4)的诊断结果对定位失效的工装夹具进行维护。