本發(fā)明涉及一種質(zhì)量檢測技術(shù)，特別涉及一種基于零件測點距離判異的車身裝配質(zhì)量在線診斷方法。

背景技術(shù)：

車身裝配偏差源診斷技術(shù)一直是汽車制造企業(yè)在尺寸精度提升過程中的難題，在車身復(fù)雜的裝配過程中零件制造偏差、夾具定位偏差、焊接誤差以及操作缺陷等多誤差源都會對白車身的裝配偏差造成影響，而白車身的裝配偏差對整車質(zhì)量、車身外觀質(zhì)量、工程匹配以及市場占有率等均有很大的影響。

傳統(tǒng)的SPC質(zhì)量控制方法沒有針對偏差源進行檢測，當超差發(fā)生后，不能實現(xiàn)對偏差源的識別，因此，眾多學(xué)者對基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法進行了深入的研究。Hu和Wu首先利用主成分分析法對在線測量數(shù)據(jù)進行分析，初步實現(xiàn)了夾具偏差源的識別。在此基礎(chǔ)上，Ceglarek等提出基于模式識別的系統(tǒng)性診斷方法，將主成分與預(yù)先定義好的失效模式通過計算歐式距離進行匹配，實現(xiàn)單工位夾具失效診斷。對于多夾具失效的情況，Liu和Hu等提出指定成分分析法對夾具偏差進行診斷，通過預(yù)先定義一組相互正交的夾具變形模式，初步解決了多夾具偏差混雜于同一主特征向量造成識別困難的問題。這些方法都未能實現(xiàn)夾具失效的多工位診斷。在此基礎(chǔ)上Ceglarek等提出的基于知識的故障診斷方法，通過對測點偏差的相關(guān)性分析，初步實現(xiàn)多工位診斷，但是由于零件上測點的數(shù)目對診斷的精度有影響，因此該方法的診斷效果并不理想。

申請?zhí)枮椋?00810042485，發(fā)明名稱為基于偏差模式的柔性薄板產(chǎn)品夾具偏差診斷系統(tǒng)，該申請將主向量與先前已定義或已解決的案例模式進行匹配，實現(xiàn)偏差源的診斷。但是在多故障同時存在時，多偏差源的影響易混雜在同一主向量中，從而無法獲得與之匹配的失效模式，造成偏差源識別困難，并且，偏差模式的識別很大程度上依賴已有偏差模式的定義與計算，對人員的經(jīng)驗和裝配工藝知識的要求較高，這也限制了其在裝配車間的實際應(yīng)用。

申請?zhí)枮椋篊N201510801748.6，發(fā)明名稱為一種用于車聲尺寸偏差的測量數(shù)據(jù)的輔助分析及檢測方法，該申請將測點信息按零件分類并且通過不同零件測點間的相關(guān)性來實現(xiàn)偏差診斷。但是在多工位，多故障同時存在時相關(guān)性分析的準確度就會受到影響，同時基于統(tǒng)計的檢測方法無法就單車情況下及時給出診斷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對汽車裝配時多偏差源難診斷的問題，提出了一種基于零件測點距離判異的車身裝配質(zhì)量在線診斷方法，解決多工位多偏差源的難題，該方法是基于零件測點距離判異的在線診斷方法，結(jié)合CAD定位信息和裝配工藝信息，通過提取末端工位測量數(shù)據(jù)中波動測點，實現(xiàn)缺陷零件的確定。并利用零件測點之間距離判異的方法，通過對缺陷零件所涉及的工位自下而上的判別，實現(xiàn)故障工位的確定。在故障工位內(nèi)通過對缺陷零件的關(guān)鍵測點距離判異，實現(xiàn)零件本身缺陷的診斷。如果零件合格則利用一種基于估計的方法，根據(jù)故障零件測點的偏差值和定位銷坐標與測點偏差值的敏感度矩陣，求出定位銷的偏差，實現(xiàn)對夾具的故障診斷，并指導(dǎo)制定維護策略。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于零件測點距離判異的車身裝配質(zhì)量在線診斷方法，具體包括如下步驟：

1)、采用車身裝配關(guān)系與工藝信息提取模塊，提取裝配過程中的測點和夾具定位信息以及裝配工藝信息，從設(shè)計圖紙中提取零部件的設(shè)計尺寸、公差尺寸信息，提取裝配順序、裝配過程中測點和夾具定位點的坐標工藝信息，并將信息錄入工藝裝配樹中；

2)采用車身偏差數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，根據(jù)步驟1)工藝裝配樹中的測點信息，對裝配后的末端工位白車身進行測量，將測量得到的數(shù)據(jù)按照工藝裝配樹的順序進行分類，并對數(shù)據(jù)進行處理，將超差嚴重或者數(shù)據(jù)缺失的測點坐標剔除并重新測量，結(jié)果輸出；

3)采用基于測點間距離判異的在線診斷模塊，將步驟2)中預(yù)處理得到的實測偏差數(shù)據(jù)與步驟1)工藝裝配樹中零件信息設(shè)計公差進行比較確定缺陷零件，并從步驟1)工藝裝配樹中提取所有涉及工位，利用零件距離判異的方法，實現(xiàn)故障工位的診斷，在故障工位內(nèi)通過對缺陷零件上關(guān)鍵測點間相對距離的判異，實現(xiàn)工位內(nèi)零件自身缺陷的診斷；同時根據(jù)工位內(nèi)偏差關(guān)系模型以及估計的方法，求解出定位元件的偏差，實現(xiàn)對夾具的故障診斷，并指導(dǎo)裝配系統(tǒng)維護策略的制定。

所述步驟3)的具體步驟如下：

(1)缺陷零件確定：對車身末端工位測點數(shù)據(jù)進行分析，設(shè)M_ijk為車身裝配過程中第i個工位上第j個零件上的第k個測點，i＝1,2,…,a；j＝1,2,…,b_i；k＝1,2,…,n_ij，其中a為工位個數(shù)，b_i為第i個工位上的零件個數(shù)，n_ij為第i個工位上第j個零件上的測點個數(shù)，設(shè)測點M_ijk的測量偏差和公差分別為V_ijk和T_ijk，通過各測點偏差V_ijk與其公差T_ijk的比較，若該零件上超差測點數(shù)大于等于n_ij0，則判定該零件為缺陷零件，其中n_ij0為設(shè)定的允許超差的測點個數(shù)；

(2)潛在故障工位提?。豪密嚿硌b配關(guān)系樹中自上而下提取上述缺陷零件相關(guān)的所有工位為潛在故障工位；

(3)故障工位的定位：根據(jù)車身裝配關(guān)系，從缺陷零件所涉及的第一個裝配工位i處計算缺陷零件j^*上各測點與該工位上其他零件j上各測點之間的距離d＝d(M_ij*k,M_ijl)，j≠j^*,l＝1,2,…,n_ij,k＝1,2,…,n_ij*，其中n_ij*為第i個工位上缺陷零件j^*上的測點個數(shù)，判異標準為實測距離d與其標準距離d^*之差的絕對值小于設(shè)定閾值ε，即判定該工位為合格工位，即|d-d*|＜ε，ε的值根據(jù)實際生產(chǎn)狀況做出調(diào)整，d^*可取大批量生產(chǎn)后若干臺樣車的不同零件測點間距離的平均值；

(4)工位內(nèi)故障診斷：在步驟(3)所確定的工位內(nèi)，首先對缺陷零件進行距離判異，計算缺陷零件上各測點間的距離d^c＝d(M_ij^*_k,Mi_j^*_k')，k’≠k，k＝1,2,…,n_ij*,k’＝1,2,…,n_ij*，其中n_ij*為第i個工位上缺陷零件j^*上的測點個數(shù)，判異標準為實測距離d^c與其標準距離之差的絕對值小于設(shè)定閾值ε^c，即判定該零件為合格零件，，即|d^c-d^c*|＜ε^c，同時考慮夾具定位失效，根據(jù)有限元分析獲得的測點偏差值向量y與定位銷坐標偏差向量x之間的敏感度矩陣S，建立定位偏差與測點偏差矩陣方程即，y＝S*x，解出x，定位偏差與實際公差限對比確定出失效模式，ε^c的值可以根據(jù)實際生產(chǎn)狀況做出調(diào)整，可取大批量生產(chǎn)后若干臺樣車的相同零件測點間距離的平均值；

(5)工藝系統(tǒng)維護：針對步驟(4)的診斷結(jié)果對定位失效的工裝夾具進行維護。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于零件測點距離判異的車身裝配質(zhì)量在線診斷方法，引入新的車身裝配質(zhì)量診斷方法，基于零件測點距離判異結(jié)合裝配工藝樹，對故障零件所涉及工位自上而下的判異，找出故障工位，進而在故障工位內(nèi)利用傳統(tǒng)方法進行故障源診斷。建立了一套適用于多工位車身的車身裝配質(zhì)量在線診斷系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法無法應(yīng)用于多工位的情況；基于零件測點距離的診斷方法這樣可以忽略坐標點的偏差，只要相對尺寸滿足要求即判定為合格，提高了診斷的精度，基于單車的故障診斷能夠更為及時的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障源，從而降低由工藝系統(tǒng)故障產(chǎn)生的損失。

附圖說明

圖1是本發(fā)明車身裝配質(zhì)量在線診斷系統(tǒng)系統(tǒng)功能模塊圖；

圖2是前圍分總成裝配關(guān)系圖；

圖3是前圍分總成裝配樹示意圖；

圖4是末端工位零件測點位置示意圖。

具體實施方式

車身裝配質(zhì)量在線診斷系統(tǒng)包括車身裝配關(guān)系與工藝信息提取模塊，用于記錄裝配過程工藝信息，實現(xiàn)對故障零件所設(shè)計所有工位的匹配；車身偏差數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對三坐標儀測得的車身末端數(shù)據(jù)預(yù)處理，提取波動測點；基于測點間距離判異的在線診斷模塊，用于實現(xiàn)對白車身故障工位以及工位內(nèi)故障原因的診斷分析，并指導(dǎo)維護策略的制定。

如圖1所示本發(fā)明車身裝配質(zhì)量在線診斷系統(tǒng)系統(tǒng)功能模塊圖，本發(fā)明的基于零件測點距離判異的車身裝配質(zhì)量在線診斷方法的具體步驟如下：

步驟一：采用車身裝配關(guān)系與工藝信息提取模塊，提取裝配過程中的測點和夾具定位信息以及裝配工藝信息。

從CAD圖紙(設(shè)計圖紙)中提取零部件的設(shè)計尺寸、公差等尺寸信息，提取裝配順序、裝配過程中測點和夾具定位點的坐標等工藝信息。將這些信息錄入工藝裝配樹中。

步驟二：采用車身偏差數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，根據(jù)步驟一工藝裝配樹中的測點信息，使用CMM(三坐標測量機)對裝配后的白車身進行測量。將測量得到的數(shù)據(jù)按照工藝裝配樹的順序進行分類。實驗數(shù)據(jù)是包含各種噪聲的數(shù)據(jù)，如檢測過程中存在的測量錯誤、粗大誤差等。設(shè)置測量閾值為T_m，將超差嚴重或者數(shù)據(jù)缺失的測點坐標剔除并重新測量，以此來減少因測量誤差帶來的診斷失敗。結(jié)果輸出至步驟三。

步驟三：采用基于測點間距離判異的在線診斷模塊，將步驟二中預(yù)處理得到的實測偏差數(shù)據(jù)與工藝裝配樹中的零件CAD信息中設(shè)計公差比較確定缺陷零件，并從工藝裝配樹中提取所有涉及工位，利用零件距離判異的方法，實現(xiàn)故障工位的診斷，進一步利用估計方法(利用故障工位內(nèi)的裝配偏差模型的偏差源變量的參數(shù)估計方法，比如可利用確定性定位方法構(gòu)建夾具定位偏差與測點偏差的剛體矩陣方程，即y＝S*x，解出定位偏差x，將定位偏差x與實際公差限對比)實現(xiàn)工位內(nèi)故障源的確定。

所述步驟三的具體步驟為：

(1)缺陷零件確定：對車身末端工位測點數(shù)據(jù)進行分析，設(shè)M_ijk為車身裝配過程中第i個工位上第j個零件上的第k個測點(i＝1,2,…,a；j＝1,2,…,b_i；k＝1,2,…,n_ij，其中a為工位個數(shù)，b_i為第i個工位上的零件個數(shù)，n_ij為第i個工位上第j個零件上的測點個數(shù))，設(shè)測點M_ijk的測量偏差和公差分別為V_ijk和T_ijk，通過各測點偏差V_ijk與其公差T_ijk的比較，若該零件上超差測點數(shù)大于等于n_ij0(其中n_ij0為設(shè)定的允許超差的測點個數(shù)，可選擇n_ij0＝20％*n_ij)，則判定該零件為缺陷零件；

(2)潛在故障工位提取：利用車身裝配關(guān)系樹中自上而下提取上述缺陷零件相關(guān)的所有工位為潛在故障工位；

(3)故障工位的定位：根據(jù)車身裝配關(guān)系，從缺陷零件所涉及的第一個裝配工位i處計算缺陷零件j^*上各測點與該工位上其他零件j上各測點之間的距離d＝d(M_ij*k,M_ijl)(j≠j^*,l＝1,2,…,n_ij,k＝1,2,…,n_ij*，其中n_ij*為第i個工位上缺陷零件j^*上的測點個數(shù))，判異標準為實測距離d與其標準距離d^*(d^*可以取大批量生產(chǎn)后若干臺樣車的不同零件測點間距離的平均值)之差的絕對值小于設(shè)定閾值ε即判定該工位為合格工位(ε的值可以根據(jù)實際生產(chǎn)狀況做出調(diào)整，如可選擇ε＝2mm)，即|d-d*|＜ε；

(4)工位內(nèi)故障診斷：在步驟(3)所確定的工位內(nèi)，首先對缺陷零件進行距離判異，計算缺陷零件上各測點間的距離d^c＝d(M_ij^*_k,M_ij^*_k')(k’≠k，k＝1,2,…,n_ij*,k’＝1,2,…,n_ij*，其中n_ij*為第i個工位上缺陷零件j^*上的測點個數(shù))，判異標準為實測距離d^c與其標準距離(可以取大批量生產(chǎn)后若干臺樣車的相同零件測點間距離的平均值)之差的絕對值小于設(shè)定閾值ε^c，即判定該零件為合格零件，(ε^c的值可以根據(jù)實際生產(chǎn)狀況做出調(diào)整，如可選擇ε^c＝2mm)，即|d^c-d^c*|＜ε^c，同時考慮夾具定位失效。根據(jù)有限元分析獲得的測點偏差值向量y與定位銷坐標偏差向量x之間的敏感度矩陣S，建立定位偏差與測點偏差矩陣方程即，y＝S*x，解出x，定位偏差與實際公差限對比確定出失效模式；

(5)工藝系統(tǒng)維護：針對步驟(4)的診斷結(jié)果對定位失效的工裝夾具進行維護。

為說明診斷方法的有效性，本發(fā)明利用圖2所示的五個零件的裝配案例實現(xiàn)平面內(nèi)偏差源的診斷：

前保險杠1和兩個縱梁3、4在工位1焊接，定位點分別為P_1,1和P_1,2，P_1,3和P_1,4，P_1,5和P_1,6；前保險杠1和兩個縱梁3、4組成的分總成和水箱橫梁2在工位2上焊接定位點分別為P_1,1和P_1,6，P_2,1和P_2,2，之后其組成的零件在工位3上與前底板5焊接，定位點為P_1,1和P_1,6，其裝配樹如圖3所示，最終得到前圍分總成為末端工位。如圖4所示，對末端工位布置25個測點對總成件進行在線檢測。通過CMM測量末端工位的25個測點，得到其測點坐標值如表1所示末端工位測量數(shù)據(jù)。假設(shè)z方向沒有偏差，只考慮2維平面內(nèi)的偏差。通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除異常數(shù)據(jù)。將測量所得測點坐標與工藝裝配樹中所示坐標進行對比，所設(shè)閾值為±2平面內(nèi)，發(fā)現(xiàn)工位1中三個零件的測點坐標超差5mm大于閾值，故暫定前保險杠和左右縱梁為問題零件。根據(jù)裝配流程圖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。首先對工位1進行距離判異，計算工位1中三個零件x方向測點坐標間的距離d＝d(M_1,1,k,M_1,j,l)(j＝2,3,l＝1,2,…,5,k＝1,2,...,5)，與標準距離進行判異，判異標準為|d-d*|＜2，判異結(jié)果表2所示工位1距離判異結(jié)果，y坐標的距離判異同理。經(jīng)判斷y方向距離滿足標準距離，故判定工位1無故障。接著對工位2進行距離判異，計算工位2中兩個個零件測點坐標間的距離d＝d(M_2,1,k,M_2,2,l)(l＝1,2,…,15,k＝1,2,...,5)，與標準距離進行判異，判異標準為|d-d*|＜2，工位2中水箱橫梁與工位1裝配件的距離判異超出閾值如表3所示工位二距離判異結(jié)果，故判定工位2存在裝配故障。最后對工位3進行距離判異，計算工位3中兩個零件測點坐標間的距離d＝d(M_3,1,k,M_3,2,l)(l＝1,2,…,5,k＝1,2,...,5)，與標準距離進行判異，判異標準為|d-d*|＜2，工位3判異結(jié)果如表4所示工位3距離判異結(jié)果，由于水箱橫梁與前底板的距離滿足閾值要求，而工位一裝配件與前底板的測點距離超出閾值要求，故判定工位3無故障。綜上所述，鎖定故障工位為工位2，故障源為前保險杠與縱梁裝配件夾具定位故障。在工位2中通過工位內(nèi)零件本身測點距離判斷零件是否存在制造缺陷，同時利用估計的方法根據(jù)y＝S*x，解出定位偏差x，通過與名義值的對比發(fā)現(xiàn)前保險杠與縱梁裝配件的15個測點的x方向都存在5mm的偏差值。通過對定位銷的測量，發(fā)現(xiàn)由于四向銷P1的磨損導(dǎo)致其x方向定位失效。

表1

表2

表3

表4