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
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车工程【技术领域】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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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（Key Product Characteristics，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。
[0004] 申请号为：200810042485,发明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。
【发明内容】
[0005]本发明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。
[0006] 本发明的技术方案如下： 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。
[0007] 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。
[0008] 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：
【权利要求】
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。
2. -种应用权利要求1所述的线诊断系统的在线诊断方法，其特征在于，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。
3. 根据权利要求2所述的在线诊断方法，其特征在于：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MPi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O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，4为测点MPi (i=l, 2,…，n)到其旋转中心的距离,MPij. (i=l, 2,…，n;j=x,y,z) 为测点1?巧在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plolf,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[R〇2]I,则失效模式为[R〇2]I-[Rolf,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戈
(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Pl的坐标， 三点计算出装配旋转角0，利用0和旋转中心Pl的坐标，可以计算出各个测点绕旋转中 心Pl旋转0度后的新坐标，其组成的列向量记为IRolI,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。
【文档编号】G06F19/00GK104268427SQ201410541484
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】刘银华, 叶夏亮, 纪飞翔 申请人:上海理工大学