谢晋全，杨学鹏
(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007)
摘要：白车身是汽车的核心部件之一，它的制造质量对汽车的整车性能起着关键性的作用:，而尺寸精度是白车身制造 质量的关键技术，因此控制白车身的尺寸精度有着极其重要的意义。在车身车间生产工作中，采用三坐标测量数据，提出 基于三坐标测量的汽车白车身尺寸控制策略，并通过应用实例验证了策略的有效性。
关键词：三坐标；白车身；尺寸；控制方法
中图分类号：U463.8 文献标识码：A
0引言
随着生活水平的提高，人们在出行方式上也得 到了很大改善，对汽车的需求量也越来越大。因此，国内的汽车行业也得到了飞速发展，燃油车、新能源 汽车的种类层出不穷；国产车、合资车与进口车的竞 争也愈演愈烈，在汽车的设计制造方面各显神通。但 是，不管是哪种类型的汽车，白车身都是核心部件之 一，
因为白车身既是汽车的主体，也是其他零部件装 配的基础。白车身配备的各类构件都设定了必备的 尺寸及功能，要提升制作整车的合格率，不可缺失针 对于尺寸的调控监管[1]。白车身的制造质量直接或间 接地影响了其他零部件的装配，从而影响整车的性 能。
白车身的制造质量主要包括六大支柱：尺寸精 度、钣金表面洁净度、焊接强度、涂胶质量、扭矩及选 装件防错。其中尺寸精度是首要控制因素，因为白车 身的尺寸精度会影响总装件的装配质量，是提高汽 车整车性能的关键。
白车身主要由钣金零件通过焊接而成，影响整 车尺寸精度因素有零件来料问题、零件装配偏差和 焊接变形等。为了提高白车身的尺寸精度，需要对白 车身整个制造过程进行尺寸控制及调整。本文结合 生产实际，提出基于三坐标测量的汽车白车身尺寸 控制策略，并在某车型上进行试验，通过应用实例验 证其有效性。
文章编号：1672-545X(2021 )03-0067-05
1三坐标测量设备及测量原理
任何形状都是由空间点组成的，所有的几何量 的测量都可以归结为空间点的测量，因此精确进行 空间点的采集，是评定任何几何形状的基础。三坐标 测量就是利用专门的设备测量在已建立的坐标系中 主
要特征点的位置(Z、F、Z)。目前，汽车制造企业使 用的三坐标测量设备主要有悬臂式三坐标测量机和 便携式三坐标测量机。
1.1悬臂式三坐标测量机测量原理
在企业里，一般用悬臂式三坐标测量机测量整 个白车身焊合总成，如图1所示。主要由数据分析系 统、控制系统、测量平台和测量臂组成。测量平台上 面有测量基准、白车身固定支撑。在测量平台的两 边，分别有一个立柱，立柱上安装有一个悬臂测量 头，立柱可以沿着;f向前后移动，立柱上的测量头可 以沿着y向左右移动以及沿着z向上下移动，从而 一个测量头就可以完成一个几何点三个方向上的坐标测量。
图1悬臂式三坐标测量机
收稿日期=2020-12-22
作者简介：谢晋全（1990-)，男，广西北流人，丁艺T.程师，研究方向：汽车制造
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Equipment Manufacturing Technology No.3,2021
不同的车型测点数量和测点位置都存在差异，因此，每个车型在三坐标测量机上都有一套与测点 对应的测量程序。测量时，测量机控制系统通过程序 驱动将测量头移动到对应的测点上，触发测量头上 的传感器获得其空间坐标值，然后对坐标值进行分 析计算获得测量的结果[21。
上汽通用五菱汽车股份有限公司由于悬臂式三坐标测量机由计算机控制系统控 制实现自动测量，减少了人为因素的影响，因此测量
精度高。不过，设备成本也较高，而且测量过程需要 较长的时间，适合用于整车的尺寸分析。
1.2便携式三坐标测量臂
三坐标测量臂是一种通用性极强的测量设备，如罔2所示。工作原理：用若干个点表征待测的工 件，然后在工件上测出这些点的实际坐标，对测得的 坐标值进行既定的数学运算，从而得到被测工件的 尺寸|31。
图2便携式三坐标测量臂
测量臂的测量头有接触式测量头和非接触式测 量头两种类型。接触式测量头的测量方法都是通过 测量头与被测工件接触，采集被测表面的轮廓点，计 算机进行数据处理后，从而获得被测工件的表面轮 廓信息|41。但是由于该类测量头有一定的大小，所以 难以对一些尺寸小的孔、槽或圆弧进行测量；另外，该测量头在测量时有一定的测量力，对一些质软易 碎的工件进行测量时容易导致工件的变形。非接
触 式测量头一般采用光学三角形测量原理或者三镜头 投影技术。例如HEXAGON公司生产的测量臂就是 采用三镜头投影技术，测量头由三个光学镜头组成, 每个镜头对测量位置拍下一幅2D的图片，计算机系 统对3幅2D图像经过计算获得3D点云，从而获得 测点的坐标，如图3所示。
便携式测量臂由于设备轻便、可以灵活移动放 置，常被用来生产线上的工装拼台的三坐标测量以 及一些尺寸较小的零部件的三坐标测量。
图3三镜头投影
2基于三坐标测量的尺寸控制
2.1控制策略
在日常的生产中，为了控制质量，汽车整机制造 工厂会对每一个生产环节进行质量监测。白车身制 造是汽车整个制造过程中的重要环节，除了车间内 的常规自检和互检外，质量部门也会定期对车身车 间生产的白车身进行抽检。三坐标测量是质量部门 检测白车身尺寸的一种重要方法，主要测量白车身 上的关键定位尺寸、功能尺寸以及特征尺寸。质量部 门先把整个白车身分成不同的区域，然后分区域进 行测量并把数据汇总成测量报告。本文基于三坐标 测量报告，并结合白车身生产过程，提出了一个以三 坐标(CM M)数据为分析控制依据的白车身尺寸闭环 控制策略，流程如图4所示。
开始
68图4
汽车白车身尺寸控制策略流程图
《装备制造技术》2021年第3期
首先，对三坐标(CMM )数据合格率进行评价，采 用先整体后局部的原则，即先分析整车的合格率后
分析各个区域的合格率。白车身测点的三坐标 (CMM )数据包括三个方向上的坐标值，每个 方向都有--个公差范围，如果测点数据落在公差范 围内，则数据合格。合格测点数与测量区域的总测点 数之比就
是三坐标(CMM )数据合格率，因此，白车身 的三坐标(CM M )数据合格率可以比较直观地反映整 车或者零部件的尺寸水平。从图中可以看出，如果三 坐标数据合格，则整个流程结束。
如果三坐标数据不合格，那就要对数据进行分 析，从合格率相对较低的模块出发，识别出超差的测 点，并把有联系的测点关联起来，比如同一零部件上 的测点，从而进一步识别出超差的零部件。出超差 的零部件之后，接着分析超差的原因，大体上可以分 为3种情况：均值偏差、波动和均值偏差+波动。均值 偏差主要表现为在一段时间周期内（一般评估最近 10台车的数据)三坐标数据往公差上限或下限超差， 整体表现为均值超差，如图5所示。波动的三坐标数 据表现形式则为在一段时间周期内.数据既往公差 上限超差，又往公差下限超差，而整体平均偏差在公 差范围内，即超差水平不稳定，如图6所示。均值偏 差+波动这种情况的数据趋势为先是朝公差下限偏 差，再朝着公差上限偏差，而且平均偏差也超出公差 范围，如图7所示。
SCM (01XZ 02R)_Y
2020/08/01 202W 03 2020/08/M 2020/08/05 2020/08/14 202_30 2020/08/31 2020AJ9/21 2020/09/22
公差 丨.50/-1.50名义值682.49 6倍标准差3.45 CP 0.87
合格率
平均偏差2.80 CPK -0.75日期：
偏差:〇.〇〇〇车号：图5 C M M 数据均值偏差
CCF ( 19-06R LX
公差 1.50/-丨.50名义值2042.60平均偏差-0.54 H 期:2020/08/18
6 倍标准差 8.58 CP 0.35 CPK 0.22 偏差:-2.458合格率 57.14% 乍号:L Z W A D A G 2L F 550344
测点偏差趋势
CPM (07-15L)_Y
公差 1.50/-丨.50名义值-789.95平均偏差-丨.95 _:2020/08/24
6 倍标准差 7.34 CP 0.41 CPK -0.12 偏差：丨.153合格率 40.00% 车号:L Z W A D A G A 5L F 55 丨 083图
7 C M M 数据均值偏差+波动
针对均值偏差的情况，首先进行性能评估，如果 此尺寸不影响白车身性能或者根据实际需要而把此 尺寸放大或缩小的，则无需进行工装、工艺的优化， 只需按照当前状态进行封样即可提升白车身的三坐 标数据合格率；如果不是上述情况，则表明此尺寸偏 差严重，需要调整工装或者优化工艺。
对于波动和均值偏差+波动的情况，本文中采取 “1 mm 控制策略”，即如果偏差或者波动超过了 1
mm ，就需要对超差原因进行深人分析。引起偏差的 主要原因有上游供应商来料偏差、车身焊接车间工 装松动及夹具磨损、焊接变形等。在原因分析完成 后，将超差零部件对应的焊装工装和工艺进行优化， 如果涉及供应商，则反馈到供应商处整改。优化工 装、工艺后，需要立刻跟踪造车进行优化效果验证， 验证方法为从生产线上随机抽取一台白车身进行三 坐标测量并对测量结果评估。如果结果合格，说明原 因分析正确，优化措施有效；如果结果仍然不合格，
则需要重新分析原因，并采取新的优化措施，直至测 量结果符合质量要求。
2.2应用实例
2.2.1某车型加油口匹配区A 测量合格率提升
车身车间在其中一条柔性生产线上新导入了一 款MPV 车型，在生产前期质量爬坡阶段，白车身三 坐标(CMM )数据合格率低于质量标准，因此需要快 速对其提升。如图8、图9，连续分析了三坐标(CMM ) 数据，发现加油口匹配区模块合格率较低，主要原因 为测点坐标往+F 向偏差1.0 ~ 2.5 mm 。在分别对整 个右侧围焊合件和侧围外板进行蓝光三坐标测量 后，确定为侧围外板加油口区域+F 向偏差，而且偏
差量与白车身数据一致。经过质量部门与车型工程 师联合评估，确定偏差量不影响整车性能，而且冲压
图6 C M M 数据波动
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Equipment Manufacturing Technology No.3,2021
车间整改模具比较闲难，会增加成本。因此，将上述 围由原来的-1.5 ~ +1.5 mm 改为0 ~ +3.0 mm ，封样偏差进行封样处理，即把加油口匹配区i 7向公差范
后，三坐标(CMM )数据合格率为100%，措施有效。
100%1 89.29%80%-60%-40%'
20%'
0%
2020-09-07图8某M P V 车型右侧围加油口匹配区三坐标测点
89.29%
2020-09-08合格率
2020-09-10 2020-09-11 2020-09-152020-09-16
图9某M P V 车型右侧围加油口匹配区三坐标数据合格率
2.2.2某车型三坐标关键测点A 测量合格率提升 如图10，车身车间某量产车型在生产过程中出 现A 测量合格率下降的问题，查看三坐标测量数据, 发现前灯前保险杠安装区模块合格率为84.96%，与 整车合格率相差较大。分析上述模块三坐标数据，问 题出现在左上弯梁的丨号和2号测点，两个测点的
Y 向偏差分別为-1.32和-1.33 mm ，如表1所示。这
两个测点的偏差都超过了 1 mm ，而且是上弯梁的定 位孔，不但影响A 测量合格率，而且影响总装件的装 配间隙和段差。因此，需要及时提升这两个测点的三 坐标数据状态。
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图10
某车型前灯前保险杠安装区测点图
表1某车型前灯前保险杠安装区1、2号测点偏差
《装备制造技术》2021年第3期
X U m m YL/mm ZL/mm
公差测M值偏差公差测量值偏差公差测M值偏差
1 1.0/-1.0 0.63 1.0/-1.0-1.3
2 1.0/-1.0-0.20
2 1.0/-1.0 0.59 1.0/-1.0-1.3
3 1.0/-1.0-0.88
经过调查分析零件状态、工装状态及现场员工 装配情况，确定前车体5#焊装拼台的左上弯梁支撑 板定位销往F向偏差了-1.0 mm，是导致问题的主要 原因。针对上述原因，同时为了确保调整后的稳定 性，将定位销的F向调整了+0.5 mm。调整后，通过跟 踪三坐标数据，上述测点偏差已得到明显改善，结果 如图11所示。
图11某车型前灯前保险杠安装区C M M提升效果3结语
白车身的尺寸精度是白车身质量的重要控制维 度，本文基于三坐标(CMM)测量数据，提出了从数据 分析到优化工装、工艺的封闭的控制白车身尺寸精 度的策略。首先对三坐标测量设备及原理进行了介 绍，接着对整个控制策略展开阐述，最后通过两个车 型的三坐标(CMM)数据合格率提升实例对提出的控 制策略进行了验证，结果表明控制策略在实际生产 中可行。
参考文献：
[1] 郑增牲，曾繁盛，练峰，等.提高白车身功能尺寸合格率的
管理方法[J].汽车工艺与材料，20丨2(5):23-29.
[2] 张博.便携式测量臂在白车身尺寸监控中的应用[J].机电
工程技术，2020(6): 160-163.
[3] 崔占生.汽车白车身用检具技术[J].汽车T.艺师，2015
(7)：67-70,
【4]张天宇.内车身生产过程质量控制的研究[D】.长春：吉林 大学.2018.
The Body in White Dimension Control Method Which Bases on CMM
XIE Jin-quan,YANG Xue-peng
(SAIC-GM-Wuling Auto Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007, China)
Abstract：Body in white is a core part of a car,thus its manufacturing quality is critical to the performance of a car.Therefore,control the accuracy of dimensions is meaningful because it is a key pillar for manufacturing quality of body in white.According to actual production in body shop,a dimension control strategy based on CM M is proposed for body in white which uses the data of CMM,and verifies its effectiveness by applications. Keywords：CMM;body in white;dimension;control method
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