摘 要：随着国家对返修车辆的管理要求越来越高，很多地方也都发生了消费者针对返修车“退 1 赔 3”的事件，因此主机厂内很多情况下的螺母漏焊将不再允许随意返修，由此会带来整车报废等巨大的经济损失，本文从焊接过程的螺母防漏焊出发，针对不同类型的零件结构提供了不同防错方法的选择，适用于所有钣金零部件的生产制造，能够有效杜绝螺母漏焊的发生。
关键词：螺母防漏；间接式结构；防错信号关联
在汽车钣金零部件的生产制造过程中，螺母漏焊是主要的失效模式，并且随着主机厂的返修标准越来越严格，螺母漏焊所带来的质量成本损失也显著提高，为了有效降低此类缺陷带来的质量成本损失，引入螺母防错显得尤为重要。
防错，在日文中称“Poka Yoke”, 又称愚巧法、防呆法，由日本著名质量管理学者森口 (Shingo) 博士最先提出。防错基于“预防为主”、“差错可以避免”、“实现零缺陷”等质量理念，通过技术的改善实现制造过程更安全、更简单、产品更可靠的目标。
而针对螺母的防漏焊是钣金零部件生产企业一直在努力解决的问题，从最早的时候依靠人工 100% 画记检查，到后来机械式 / 气动式 / 电子式等各类防错的推广，期间经历了大量的理论分析和实践应用，在应用的过程中我们也发现不同的防错类型适用于不同的零件结构，同时如何保证防错结构较长的使用寿命也是非常重要的内容，后面将从零件的不同结构出发，探讨最适合的防错结构。
这类零件结构属于最容易实施防错的结构，通常使用直接接触式感应探头进行防错，如图 2，但由于此类防错结构的探头与零件距离较近，在量产过程中，容易在装零件时被磕碰导致探头损坏，从而导致防错失效，增加螺母漏焊风险。
因此，针对此类零件结构，在空间足够的时候从实用性角度出发更推荐使用间接接触式防错结构。如图3，该结构由连接杆、弹簧、传感器组成，装夹零件时螺母接触连接杆端面位置①，在重力作用下压缩弹簧向下运动，传感器继而探测到另一台阶面②，传感器③灯亮，给 PLC 输入信号。如果螺母漏焊，则连接杆不往下运动，传感器探测不到另一端面，灯不亮，PLC 判定为漏焊，机器人不执行焊接动作。该结构的优势在于传感器离零件位置远，在生产过程装夹零件时不易被碰坏，同时焊接时的飞溅也不容易附着在传感器上，因此能够保证防错的有效性，降低漏焊风险。
针对此类零件结构，我们无法在内腔进行防错，防错结构设计上需要进行转换，如图 5，使用间接接触式结构，与螺母接触端设计成定位销结构。当有螺母时，连接杆接触到螺母向上移动，传感器接收到信号；而当螺母漏焊时，连接杆穿过零件光孔，传感器未接收到信号，判定为漏焊。
当螺母孔在焊接夹具上同时作为定位孔使用时，不建议继续使用以上直接式或者间接式接触防错结构时，如图 6，如果螺母漏焊，由于有定位销的存在，装夹零件时连接杆会接触到定位销从而压缩弹簧上移，防错传感器则会感应亮灯判定有螺母从而引起误判。
因此我们需要对防错结构再次进行优化，如图 7，将防错连接杆的端面更改为套筒结构，当螺母漏焊时，套筒能够避开零件定位销，行程的变化从而让传感器能够识别出漏焊。
除此之外，针对此类零件结构，也可以采用图 8 的防错结构，螺母定位销使用带气缸的弹簧伸缩销。此定位销应设计为台阶销，当有螺母时，台阶销 1 段正常定位，台阶销 2段无法通过，传感器通过对行程的识别判定有螺母。而当螺母漏焊时，台阶销 1 段无法完成对零件定位，2 段也将穿过零件光孔，传感器通过对行程的识别判定漏焊螺母，从而控制机器人焊钳进行锁止。
在我们解决了防错机构的运行逻辑问题以后，在实际运行中仍然有不少防错失效，其中最典型的模式就为防错探头松动，如图9，很多厂家的锁紧方式采用侧面拧紧螺杆，此方式看似结构简单，实则锁紧力不易控制，随着机构每天不停的往复运动，螺杆极易出现松动情况，从而导致防错传感器松动，偏离了最初设置的探测位置，引起防错失效。经过现场的大量验证工作，我们认为图 10 的锁紧方式较为有效，在传感器的前后端采用双向锁紧，能够保证足够的锁紧力使其不易松动。同时如果传感器处于运动机构上，还可以在螺母锁紧位置处增加螺纹紧固胶，进一步加强锁紧强度。
除此之外，如果防错机构的精度和硬度不达标，在长期运行过程中，随着其使用磨损也会大大增加防错的失效率。例如：在间接式接触防错结构中，若连接杆硬度不足，长期使用则会导致其变形、弯曲，从而引起连接杆无法正常在行程内运动，或者会频繁引起弹簧卡滞等问题。因此，需要对防错机构增加对应的制造公差要求以及表面处理要求，以满足长期的量产使用。在大部分夹具供应商中，通常对连接杆的加工精度要求为0.05mm，其表面采用镀硬铬处理，硬度达到HRC 52-58，按此标准实际运行的效果可以满足零部件企业量产使用需求的。此要求为笔者工作中接触到的企业标准，各零部件企业也可以根据自身实际情况，制定满足自身工厂现状需求的相应标准。
由于一家零部件企业对应的夹具供应商不一定是唯一的，而防错结构目前在行业内部并未形成统一标准。如果不同夹具供应商防错结构有差异，其配件在选型时不统一，那在后期的运行维护上将会增加难度，不仅需要增加备件种类和库存数，同时不便于维修和长期的持续改善。因此建议各零部件企业，能够在内部对防错结构标准化，在选择不同夹具供应商时，将防错结构的标准进行输入，此举将大大提高企业后期的运行管理效率，实现防错系统正向的持续改进。
防错唯有与设备关联，才能真正在螺母漏焊时实现设备锁止，缺陷不流出。但设备厂家在将防错传感器与机器人关联时，通常有两种做法：①将同一夹具上传感器的信号串联接入 PLC 控制器 ( 图 11）②将同一夹具上不同传感器信号分别并联接入 PLC 控制器（图 12）。
如果采用串联接入方式，当其中一个传感器损坏断开时，整个回路的信号判定为断开，PLC 控制锁止焊钳；但当其中一个传感器常亮故障时，整个回路的信号仍然判定为闭合，PLC 无法识别传感器的问题，这时如果该位置的零件漏焊，防错也无法进行探测报警，缺陷流出。
因此，在实际接入 PLC 的时候推荐传感器信号以并联的方式接入 PLC 控制器，PLC 单独采集每一个传感器的信号。任一传感器损坏断开时，PLC 均能识别出其故障，并锁止焊钳；而当任一传感器常亮故障时，PLC 也能够识别出其故障，并对焊钳做出锁止控制。
以上是针对现有钣金供应商在焊接夹具上应用最广泛的螺母防错装置进行了介绍，在实际应用中还有着其它类型的电子防错，比如激光探测、视觉防错等同样可以用作螺母/螺柱防漏，但因成本较高，目前在钣金供应商中应用的相对较少，随着技术的发展，还会有更多更优的防错方式的产生，但目标都是一个，杜绝漏焊问题，提高客户满意度，这也是我们质量人为之奋斗的方向！
扫码添加客服微信