面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统及方法，该系统包括夹具失效模式空间计算模块，多源异类数据处理模块，多工位下偏差源的识别与诊断模块。该方法基于CAD定位信息和装配工艺信息的偏差模式定义及其计算方法，并利用向量正交化方法的获得包含偏差模式及其补空间的偏差空间，通过对测点数据向偏差空间投影并作MR控制图，实现多工位的夹具偏差源的实时诊断；利用关键特性控制（KPC）的关键测点异化检测数据，利用多源数理统计的方法，通过数据的协方差矩阵提取数据失效模式，进而进行模式的相关性分析实现零部件超差的诊断。

【技术实现步骤摘要】
面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统及方法
本专利技术涉及一种汽车工程
的偏差诊断系统，具体涉及一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统及方法。
技术介绍
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。另外，从零部件加工到总成的过程，虽然存在着对关键产品特性（KeyProductCharacteristics，KPCs）控制，但是不同设备测得的异化数据不能直接进行相关性分析，无法实现多偏差源诊断。申请号为：200810042485，专利技术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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于数据驱动车身偏差诊断系统，针对多工位多偏差源诊断的难题，提出基于CAD信息的偏差模式定义及计算方法，并通过将检测数据投影到由其扩展而成的偏差空间的方式，实现多工位的多夹具偏差的在线诊断；利用关键特性控制的关键测点的异化检测数据，通过对检测数据的协方差矩阵的模式提取，利用模式的相关性分析实现零部件超差的诊断。本专利技术的技术方案如下：一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统，该系统包括夹具失效模式空间计算模块，用于实现单工位潜在夹具失效模式的计算和多工位夹具失效模式的计算；多源异类数据处理模块，用于实现检测数据在模式空间上的投影与计算；多工位下偏差源的识别与诊断模块，用于多工位下偏差源的在线诊断。一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断方法，具体步骤为：步骤一：采用夹具失效模式空间计算模块，提取装配过程中测点和夹具定位点的坐标，实现单工位潜在夹具失效模式的计算，并利用装配工艺信息，计算各测点在装配后的坐标位置变化，实现多工位失效模式的计算；步骤二：采用多源异类数据处理模块，利用向量正交化方法获得包含偏差模式及其补空间的偏差空间，利用不同工位间检测数据计算进行模式提取，实现多工位的夹具偏差源的实时诊断；步骤三：多工位下偏差源的识别与诊断模块，利用多源数理统计的方法，通过数据的协方差矩阵提取数据失效模式，进而进行模式的相关性分析实现零部件超差的诊断。所述步骤一的具体步骤为：（1）失效模式分类：依据部件定位失效后的移动方式，将失效模式分为平动和转动两类；（2）偏差模式方向的定义：当潜在平动失效发生后，指定所有测点向右侧移动为正；当潜在旋转失效发生后，各个测点逆时针移动的方向为正；（3）单工位零件平动条件下夹具失效模式的定义：设失效的部件正向移动的切向量为[Tx,Ty,Tz]，则该工位下的夹具失效模式为：。其中，表示第个测点的切向量的J方向分量；（4）对于两部件的矩形定位点平行的情况，将新增部件测点全部记为0并记入原失效模式组成多工位平动失效模式：其余情况平动的失效模式显著改变部件的几何特征，应用零部件的失效诊断方法进行诊断；（5）单工位零件旋转条件下夹具失效模式的计算：当部件在失效自由度下旋转时，定义旋转失效模式为各个测点在逆时针移动的方向乘以各测点距离旋转中心的距离，失效模式为：其中，为测点（i=1,2,…,n）到其旋转中心的距离，(i=1,2,…,n;j=x,y,z)为测点在J方向的数值；失效模式的计算方法如下：将部件先逆时针旋转单位角度，根据测点的坐标和旋转中心的坐标计算各个测点的新坐标记为，之后，将部件向相反方向移动单位角度得到的新的坐标向量为，则失效模式为，如图1，若P2失效，则分别向正向和负向转动相同的角度，分别计算两次旋转后各测点的坐标，两者相减后得到失效模式为；（6）多工位零件旋转条件下夹具失效模式的计算：多工位装配过程，对于第一次旋转单位角度后，可以根据原P4定位点坐标，旋转后P4定位点坐标和装配旋转中心P1的坐标，三点计算出装配旋转角β，利用β和旋转中心P1的坐标，可以计算出各个测点绕旋转中心P1旋转β度后的新坐标，其组成的列向量记为，对于反向旋转的坐标同样计算，就是经过多工位偏差传递后的失效模式；（7）将所有得到的模式进行单位化处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术引入新的失效模式定义方法，将CAD以及工艺的信息充分集成到模式定义中，并充分利用这些信息通过计算的方法获得具有足够精度的失效模式，建立了一套多工位的车身夹具失效诊断系统，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；通过失效模式获得失效空间，建立了针对于失效源的统计质量控制图，实现车身装配过程直接针对于潜在失效源的在线质量控制，有效提高了对诊断知识利用率以及诊断效率；充分利用多源异化诊断数据，通过多源数理统计的方法提取检测数据的偏差模式，利用相关性分析方法实现零部件的超差诊断。附图说明图1是单工位失效模式计算方法图；图2是零部件转动的多工位失效模式计算方法图；图3是三块薄板件的装配示意图；图4是P4的MR控制图；图5是P1（Z）的MR控制图；图6是本专利技术的系统功能模块图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图6所示，本专利技术的面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统，包括夹具失效模式空间计算模块，用于实现单工位潜在夹具失效模式的计算和多工位夹具失效模式的计算；多源异类数据处理模块，用于实现检测数据在模式空间上的投影与计算；多工位下偏差源的识别与诊断模块，用于多工位下偏差源的在线诊断。本专利技术的面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断方法，具体步骤如下：步骤一：提取装配过程中测点和夹具定位点的坐标，实现单工位潜在夹具失效模式的计算，并利用装配工艺信息，计算各测点在装配后的坐标位置变化，实现多工位失效模式的计算。所述步骤一的具体步骤为：（1）失效模式分类。当某定位元件失效后，部件可以平动或绕定轴转动，依据定位失效后部件的移动方式，将失效模式分为平动和转动两类。（2）偏差模式方向的定义。当潜在平动失效发生后，指定所有测点向右侧（第一、四象限）移动为正；当潜在旋转失效发生后，各个测点逆时针移动的方向为正。（3）单工位零件平动条件下夹具失效模式的定义。设失效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统，其特征在于：该系统包括夹具失效模式空间计算模块，用于实现单工位潜在夹具失效模式的计算和多工位夹具失效模式的计算；多源异类数据处理模块，用于实现检测数据在模式空间上的投影与计算；多工位下偏差源的识别与诊断模块，用于多工位下偏差源的在线诊断。

【技术特征摘要】
1.一种面向车身多工位装配过程的多偏差源在线诊断系统，其特征在于：该系统包括夹具失效模式空间计算模块，用于实现单工位潜在夹具失效模式的计算和多工位夹具失效模式的计算；多源异类数据处理模块，用于实现检测数据在模式空间上的投影与计算；多工位下偏差源的识别与诊断模块，用于多工位下偏差源的在线诊断；其中，采用夹具失效模式空间计算模块，提取装配过程中测点和夹具定位点的坐标，实现单工位潜在夹具失效模式的计算，并利用装配工艺信息，计算各测点在装配后的坐标位置变化，实现多工位失效模式的计算，具体步骤是：(1)失效模式分类：依据部件定位失效后的移动方式，将失效模式分为平动和转动两类；(2)偏差模式方向的定义：当潜在平动失效发生后，指定所有测点向右侧移动为正；当潜在旋转失效发生后，各个测点逆时针移动的方向为正；(3)单工位零件平动条件下夹具失效模式的定义：设失效的部件正向移动的切向量为[Tx,Ty,Tz]，则该工位下的夹具失效模式为：其中，MPiTj表示第MPi个测点的切向量的j方向分量，i＝1，2，---，n，j＝x，y，z；(4)对于两部件的矩形定位点平行的情况，将新增部件测点全部记为0并记入原失效模式组成多工位平动失效模式：其余情况平动的失效模式显著改变部件的几何特征，应用零部件的失效诊断方法进行诊断；(5)单工位零件旋转条件下夹具失效模式的计算：当部件在失效自由度下旋转时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银华，叶夏亮，纪飞翔，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31