蘇展

（華晨寶馬汽車有限公司）

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，市場競爭日趨激烈，提高整車質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本成為汽車廠商贏得市場競爭的關鍵。而乘用車車身打號作為主機廠總裝車間的第1 道關鍵工序，其打刻質(zhì)量直接影響到后續(xù)裝配。在車身打刻過程中，字符打刻深度是質(zhì)量控制的關鍵。傳統(tǒng)方法是使用深度尺測量，但這種方法存在大量的人為誤差因素，對于測量點的區(qū)域識別也會存在誤差，這種誤差的結(jié)果對計算設備能力指數(shù)（Cmk）有著極大的不確定性影響?；谝陨蠁栴}，該文提出一種更為精確的點對點測量方法，解決了人、設備、環(huán)境對字符深度的影響。經(jīng)過驗證，達到預想的效果。

1 車輛打刻深度值穩(wěn)定控制的相關標準

根據(jù)國家標準GB 16735—2004《道路車輛車輛識別代號（VIN）》第 5.3 節(jié)[1]和 GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》第4.1.3 節(jié)[2]關于車輛識別代號（VIN）打刻的規(guī)定：乘用車及總質(zhì)量小于等于3 500 kg 的封閉式貨車，打刻的VIN 的字母和數(shù)字的字高應大于等于7.0 mm，深度應大于等于0.2 mm。

某集團標準GS 90012《VIN Mounting Locations Size and Design》第5.2 節(jié)關于銷往中國的乘用車打刻深度的描述，繼承了國家標準的所有規(guī)定[3]，即根據(jù)中華人民共和國標準GB 7258—2017，打刻字母和數(shù)字的深度需要達到0.2 mm。

2 車輛打刻深度控制方法（MFU）

某集團采用MFU 的測試流程對車輛打刻深度進行控制。MFU 是德語 Maschinen F?higkeits Untersuchung的縮寫，即英文的Machine Capability Study，意為設備能力測試。測量流程的標準由德國打號機技術小組編制，測量的目的用于證明打號機設備的穩(wěn)定性，只有主備打號機按照標準達到穩(wěn)定數(shù)值（Cmk）在1.67 以上，打號機設備才能允許批量打刻投入量產(chǎn)使用。

MFU 作為衡量設備能力的測試，是一種忽略人、物料、方法、環(huán)境差異的影響因素，在短期內(nèi)僅判定設備穩(wěn)定性的方法。該集團將MFU 的測試時間定義為：第1 次在打號機設備在供應商車間預驗收時執(zhí)行；另一次在打號機安裝到目標工廠并調(diào)試完畢，整車量產(chǎn)前執(zhí)行。

MFU 測試在測試片上進行，測量片的尺寸，如圖1所示，使用25 個與車身原始打刻零件相同硬度的未噴漆測試片或者噴漆的原始零件。由于字符深度需要在坐標儀上檢測，噴漆測試片的厚度不均勻會影響測試精度，所以該集團整車廠均采用與量產(chǎn)車打刻表面硬度相同未噴漆的25 塊測試片作為打刻對象。使用材質(zhì)為AlSi10MnMg，并給予T7 擴散退火+過時效熱處理，硬度在HB60 和HB75 之間。

圖1 車架打號機測試片尺寸圖

在MFU 期間使用的所有相關工藝參數(shù)，例如刻頭壓力、伺服電機轉(zhuǎn)速、打刻頭加速度等，必須記錄在MFU 的報告中并且在整個MFU 期間保持不變。如果1個參數(shù)改變，MFU 必須重新開始。

為確保測量的一致性，所有測試片均打刻相同的VIN 號，集團定義為@WBAPF135X6KR47928@，如圖2所示。按照集團標準，需要測量字符高度、標志高度、標志實際打刻位置、字符深度、字符樣式等。文章僅討論字符打刻深度。

圖2 車架打號機測試片

集團標準中定義每個測試片有6 個點用來測試打刻深度，分別在第1，8，17 個字符上的高點及低點，即圖 2 中的字符 W，5，8[4]。

3 車輛打刻深度的三維測量工具對比

20 世紀末，使用深度儀測量車輛字符打刻深度，如圖3 所示，但此種方法需要每次將表盤歸零，機械表盤讀取存在讀數(shù)偏差，深度儀無法靜態(tài)測量同一測量點高低點的差值（即字符打刻深度），由于計算結(jié)果受到以上多方面因素的影響，使得能力參數(shù)Cmk 不能客觀地反映設備自身的能力。

圖3 舊標準車架號字符深度測量儀

隨著測量工具的發(fā)展，三坐標掃描工具的應用越來越廣泛，其測量精度可以達到微米級。圖4 示出新標準車架號字符深度三維掃描儀，其檢測能力達到了1.5‰的分辨率（1.5‰×0.2 mm=0.000 3 mm=0.3 μm）[5]。

圖4 新標準車架號字符深度三維掃描儀器

4 新車型打號深度檢測驗證樣例

用三維掃描儀放大圖2 指定的檢查區(qū)域（每個測試片6 個點），通過顯微鏡掃描后顯示三維模型，再定義垂直于測試片的截面，最終得到橫截面二維圖；測量二維圖的最高及最低點，其差值為該打刻點的打號深度，如圖5 所示，顯示結(jié)果為238.88 μm。

圖5 掃描字符三維深度測量界面

用同樣的方法測量同一測試片上的其他5 個測量點，共得到6 個數(shù)據(jù)，填入車架號（VIN）測試字符的測量深度表的第1 行；以同樣的步驟繼續(xù)測量，共匯總25 個數(shù)據(jù)組，150 個數(shù)據(jù)，如表 1 所示。

表1 車架號（VIN）測試字符的測量深度 μm

車架號（VIN）測試字符數(shù)量及深度的正態(tài)分布，如圖6 所示。設置公差上限為400 μm；下限為200 μm。根據(jù)正態(tài)分布理論得出[6]：樣本均值為234.459 μm，標準方差s=19.55，安全范圍（公差上下限的差值）T=200，Cmk 值=T/6s=1.705＞1.67，說明此打號設備測試合格。

圖6 車架號（VIN）測試字符數(shù)量及深度的正態(tài)分布圖

5 結(jié)論

整車廠對產(chǎn)品車質(zhì)量管控嚴格遵循六西格瑪理論：非重要零件缺陷率需大于3 西格瑪水平；重要零件缺陷率需大于4 西格瑪水平；敏感及安全相關零件缺陷率需大于5 西格瑪水平。文中樣例的Cmk 值=1.705相當于5.10 西格瑪水平，即100 萬個樣本的不合格品數(shù)為150 臺[7]，該結(jié)果能夠滿足集團標準。采用三維掃描顯微鏡測量打刻字符深度的方式，極大地提高了采集數(shù)據(jù)的準確性，減少了人為清零和讀數(shù)的誤差。使用三維截面測量刻深高低點簡單直觀，顯微鏡分辨率極高，所有測量點均可保存測試數(shù)據(jù)或圖片便于日后審查，能最大程度上體現(xiàn)設備本身的能力指數(shù)Cmk 值。