Automobile Technology & Material
车身冲压件厚度补偿缺陷的分析与改进
3D CNC（计算机数控）加工定位块时需要做冲压件空间曲面的厚度补偿，错误的厚
摘要：冲压件 测量或度补偿会引发身几何尺寸的超差缺陷，该缺陷是一种极易发生的人为因素导致的尺寸缺陷。针对该缺陷的成因进行分析，并根据实际案例得出预防该缺陷所应遵守的注意事项，对从事车身工艺工作的技术人员及车身工装加工编程员具有一定的借鉴作用。
关键词：厚度补偿 车身尺寸 缺陷改进中图分类号：U466 文献标识码：B 10.19710/J.cnki.1003-8817.20210404 DOI: 1 前言
组成轿车车身壳体的薄板冲压件具有复杂的空间曲面，曲面上的每一处点都有与之对应的空间三维坐标值，此曲面在电脑软件中呈现的是一个没有厚度的理想曲面，也称之为数字化定义面。薄板冲压件有厚度，对其进行测量或加工前要根据实际情况在程序中对数字化定义面进行厚度补偿，只有经过厚度补偿的操作才能得到正确的结果。如果补偿失误会导致车身几何尺寸超差，车身制造中把这种人为失误导致的缺陷叫做人为尺寸缺陷。2 车身冲压件的厚度补偿2.1 厚度补偿方向
厚度补偿方向规定从数字化定义面指向非数字化定义面，并由设计师标注在图纸上，其标注方式为坐标标识加正号或负号，外覆盖件从外向内补偿，车身内部件由内向外补偿。这种规定方便扫描模型制作数字化定义面。如：发动机罩外板、
Z-，前围挡板为X+，尾门
顶盖、行李箱外板标记为
X-。关于对称件的厚度补偿方向，规定被
外板为对称侧（镜像件）与对称侧（镜像件原型）厚度补偿方向相反，即如果图纸规定右侧围外板厚度补偿作者简介：龙曲波（1984—），男，高级工程师，学士学位，研究方向为冲压工程。
参考文献引用格式：
龙曲波，唐大庆.车身冲压件厚度补偿缺陷的分析与改进[J].汽车工艺与材料, 2022（6）: 38-41.
LONG Q B, TANG D Q. Analysis and Improvement of Thickness Compensation Defect of Body Stamping Parts [J]. Automobile Technology & Materi⁃ al, 2022(6): 38-41.
Y-，则镜像件左侧围外板厚度补偿方向应
方向为Y+。厚度补偿的正负值以汽车坐标系方向为基
为 1），且一旦确定了厚度补偿方向也就确定了
准（图数字化定义表面，即厚度补偿起点表面为零件数字化定义面。2.2 厚度补偿的规则
2个面，1
冲压钣金件实体零件有 个是数字化
1
定义面，另 个是非数字化定义面。厚度补偿与非数字化定义面有关，只有涉及到非数字化定义面的测量或加工才会做厚度补偿。厚度补偿视具体
3种补偿状态[1]
情况分为正、零、负 。
2.2.1
厚度补偿为正补偿
3D
以顶盖 测量为例，当被测零件表面是顶盖内表面非数字化定义面时，规定测头测量的前进2）。例方向与数字化定义方向相反为正补偿（图1mm如设顶盖理论厚度 ，顶盖测量点外表面坐标
Z1 100（为简化叙述略去
值为 XY的坐标值），则内Z1 099，数字化定义方向为Z-，假设顶盖厚表面为
1mm
度实际为 ，顶盖面实际测量点比坐标理论
0.4 mm。测头测量顶盖内表面，测得值为
值低
Z1 098.6，如果没有厚度补偿，程序会用这个测量
Z1 100 1.4 mm，
结果与理论值 比较，误认为顶盖低
1.4 mm
给出此测量点实测值比理论值低 的结论，
0.4 mm。有了厚度补偿，测量的
实际顶盖仅低了
Z1 098.6，但软件计算该点的值时会在数
值虽然是
1mm
字化定义面与被测量面之间自动加一个厚度
1mm
（正补偿），帮助测头虚拟前进 到数字化定义
Z1 100
面，用这个补偿后的测量值与 比较，从而认
Z1 099.6，确定顶盖
为该数字化定义面的测量值是
0.4 mm。
测量点相对于理论值低
2.2.2
厚度补偿为零补偿当测头直接测量顶盖上表面数字化定义面时3），不需要补偿厚度。（图
2.2.3
厚度补偿为负补偿同样是零件非数字化定义面的测量（一般指测量定位块而不是测量冲压零件），规定测头测量的前进方向与数字化定义方向相同为负补偿（图4）。例如，设顶盖厚度为1mm
，顶盖测量点上表面Z1 100，则下表面坐标值为Z1 099，假设
坐标值为 0.2 mm，测头从上向下穿越数
定位块比理论值低字化定义面（测定位块时没有顶盖零件）测量顶盖
Z1 098.8，如果没有厚度
内表面的定位块时，得到
Z1 100
补偿，程序会用测量结果与理论值 比较，误
1.2 mm，给出此测量点实测值比理
认为定位块低
1.2 mm 0.2 mm，有
论值低 的结论，实际定位块仅低
1mm Z1 098.8，但软件
了厚度补偿 ，实测值虽然是计算该点的值时会在数字化定义面与被测量面之
1mm
间自动去除一个厚度 （负补偿），帮助测头虚
1mm
拟后退 到数字化定义面，从而认为该数字化
Z1 099.8，用这个补偿后的测量
定义面的测量值是
Z1 100
值与 比较，确定该定位块表面仅比理论值
0.2 mm。
低
一般情况下，零件非数字化定义面的测量需要补偿厚度，测量冲压零件时需要做正补偿，测量夹具、检具定位块时需要做负补偿。3 与厚度补偿相关的车身几何尺寸缺陷的分析及改进
常见的导致冲压件几何尺寸缺陷的原因有模具磨损、材料回弹、运输磕碰变形，此外，还存在因厚度补偿失误导致的几何尺寸缺陷，它是人为尺
3D
寸缺陷。通过分析 测量报告能够发现这些缺陷与常见的冲压件几何尺寸缺陷之间的不同，其缺陷符合厚度补偿失误而出现的以厚度倍数为误差的特征。
3D 2
用数字化定义进行 测量的对象分为 类，一类是汽车零件，即覆盖件、内板件、骨架件等，另一类是夹具、检具、样架、检验样架等工装。
3
厚度补偿分为 种状情况：冲压件测量补偿、
车身工装测量补偿、CNC
加工补偿。
a.冲压件的测量：对于数字化定义面是零补偿，非数字化定义面是正补偿；
b.工装测量：如果数字化定义面与定位面重合
是零补偿，如果定位面是非数字化定义面则是负补偿；
c.车身工装加工：如果加工面是数字化定义面
不需要补偿，如果是非数字化定义面就需要补偿厚度，由数控加工编程员沿厚度补偿方向（一般为进刀方向）增加一个厚度。要注意镜像件厚度补
偿的方向与镜像原型相反，CNC
编程员要牢记左右对称件存在补偿方向相反的这一特性。
2
下面举 个运用厚度补偿知识分析测量报告并根据异常数据找到缺陷源头的例子。
3.1 测量基准的错误补偿导致人为尺寸超差
3D
某车型车身焊接总成 测量报告显示，车身
Z向后部部分Z向尺寸普遍偏低，侧围、顶盖后部
1.5 mm，分析是地
实测值与理论值相比均偏低约
1.5 mm
板后部相对于侧围、顶盖升高 所致。地板后横梁（槽型件）既是测量基准也是定
5），从车身测量基准可知，当2
位基准（图 个测量
Z3、Z4
基准 偏高则会导致上述侧围后部整体Z
向偏低。经查后横梁的厚度补偿方向设计为Z+
，即槽型件底面的下表面是数字化定义面，定
Z=273 mm，厚度1.5 mm
义值为 ，后横梁上表面为
Z=274.5 mm
，地板后横梁左右定位块Z向设计尺
Z=273 mm，但定位块的定位面实际尺寸为
寸应为
Z=274.5 mm，即定位块比正确位置高一个厚度。
原因是数控加工定位块定位面时编程员没有仔细
Z+就盲目增
分析是否需要进行厚度补偿，看图纸
1.5 mm，实际应该是0
加厚度补偿 补偿，因此地板
1.5 mm。改进措施：将定位块
后部被向上抬高了
1.5 mm，地板恢复正确位置，车身测量结果显
铣去
1.5 mm示消除侧围、顶盖后部Z向值偏低 的缺
3D
陷。如果仅仅根据 测量报告去逐点整改超差点，将会误入歧途并导致更大的错误。3.2 侧围锁扣加强板相对于侧围外板错孔
某车型投产后左侧围锁扣加强板紧固螺钉孔
6），外板堵住加强
与侧围外板装配孔发生错位（图板锁扣螺母孔，导致螺钉无法穿孔装配锁扣。右侧围没有堵孔，仅左侧围有该缺陷。冲压、检验、设计、焊装等部门经过自查均没有发现导致零件超差的问题，但合装后的每台侧围总成均有堵孔缺陷，需要返修才能装配锁扣。
首先从“人机料法环”5
方面入手分析缺陷成因：人，操作规范，遵守工艺规程；机，模具、夹具、检具均合格并附有检测报告；料，材料检验合格，零件几何尺寸检查合格；法，工艺成熟，右侧没有堵孔缺陷，仅左侧有堵孔缺陷，若工艺有问题右侧
也应堵孔；环，环境正常，未见导致堵孔缺陷的因素。
5
上述 项常规检查并未找到堵孔要因，导致长期存在堵孔缺陷。
采用排除法再次分析左侧堵孔缺陷：人的因素可以排除，因为右侧没有该缺陷；机的因素不能排除，因为左侧工装是按右侧拷贝的，不排除拷贝失真；料的因素不能排除，因为左侧零件是按右侧拷贝的，不排除拷贝失真；法的因素可以排除，因为右侧没有该缺陷；环的因素可以排除，因为右侧没有该缺陷。
再次分析“机与料”的因素，在右侧没有缺陷的情况下，只有“机”错了才会有“料”的错误，因此排除“料”的因素，只剩下“机”的因素。夹具，不存
2
在问题，因为 个零件自然状态下贴合就错孔；检具，锁扣加强板是进口检具，有检验合格报告，但国内未复测验证。
3D
现场调查发现，左侧围外板 测量锁扣孔的位置正确，排除左侧围外板零件问题。左锁扣加强板在检具上检查孔位合格，但加强板与侧围外板配合时两者错孔，判断加强板孔位符合检具但不符合理论值，推测检具相应孔位也不符合理论值，即不合格的检具生产出符合检具要求的零件，这个实际不合格的零件被贴上合格标签装在侧围外板上最终导致错孔。从以上分析得出结论：需要复测加强板检具。
3D
经过对加强板检具的 测量，发现检具上与侧围板内侧Y向贴合的加强板贴合面到锁扣螺母
1.3 mm。造成1.3 mm
孔的距离偏大 误差的原因是加工检具定位块的定位面时（即与左侧围外板内侧Y向的贴合面）做了错误的厚度补偿。右侧围外
Y-，左侧围外板镜
板数字化定义厚度补偿方向为
Y+，即向
像右侧数字化定义，其厚度补偿方向应是CNC
左补偿厚度，但 编程员沿用右侧围外板图纸
Y-厚度补偿方向，对左加强板检具定位面也按
的
Y-
的方向向右做了错误的厚度补偿，侧围外板厚
0.65 mm，反方向向左补偿厚度会导致加强板贴
度
2 1.3 mm
合面产生 倍厚度的误差，即 ，所以错孔
1.3 mm。至此，找到堵孔原因，更改检具，生产真
正合格的加强板，消除了堵孔缺陷。
4 结论
为避免冲压件厚度补偿中出现人为尺寸缺陷，在输入厚度补偿值之前，操作人员要按下列注意事项检查厚度补偿的正确性。
a.判断作业对象是数字化定义面还是非数字化定义面，厚度补偿仅涉及非数字化定义面，不得对数字化定义面做厚度补偿；
b.厚度补偿方向规定从数字化定义面指向非数字化定义面，数字化定义面是厚度补偿方向的起点，厚度补偿方向确定后，再根据汽车坐标系的方向来确定正负号，与坐标系正方向相同规定为“+”，与坐标系负方向相同规定为“-”；
c.冲压件非数字化定义面的测量或加工需要做厚度补偿：测量零件时用正补偿，测量定位块时用负补偿，CNC
加工定位块时根据厚度补偿方向增加一个厚度值；
d.镜像零件的厚度补偿方向与镜像原型的厚度补偿方向相反，镜像件不得套用镜像原型的厚度补偿方向；
e.分析测量报告时，如果测量报告显示一批测量点向同一方向偏移同一数值，要考虑到厚度补偿失误引发的测量基准的偏移。
参考文献：
[1] 唐大庆, 马勇. 车身装焊夹具精度测量技术及应用[J].
汽车工艺与材料, 2007(2): 1-3.
2022 6期
OTA
数据给制造系统；
Client
b.管理 的配置、下发测试所需的相关数
Client
据、电检软件释放和更新、接收 测试中生成的相关测试数据；
Client
c.负责保存和解析 回传的数据，并根据需求生成相关的测试报表。
Client的主要功能。
Server
a.接收 下发的数据和程序；
OBDII
b.通过 接口连接车辆，并运行电检程序执行相应的诊断和测试；
c.通过网络实现对检测设备的控制，并完成与
车辆三方联动的测试；
d.回传相关的测试结果、数据、测试日志至
Server。
EOL
整体上来看，传统 电检方案较为成熟稳
定，Client响应速度快,可实现个性定制，安全性已
Client
经验证。但方案也伴随着单个 硬件成本高、多个工厂需投入多套方案、整体投入成本高、整体方案与供应商绑定、后续升级服务成本高、报表功能单一问题。2.2
3
基于OTA的电检系统预研分析
OTA
是通过移动通信的空中接口实现对移动
SIM（用户身份识别模块）卡数据进行
终端设备及
远程管理的技术。
OTA 2012
业内公认的汽车 最早出现是在 年，
Modes S OTA
特斯拉推出的 首次采用 技术，更新范围涉及人机交互、自动驾驶、动力电池系统模块，
OTA
随后 技术开始被传统车企所尝试并投入使用。
OTA ECU
使用 完成电检，需要车辆的 自身完
Server Client
成传统 的部分功能和 的全部功能，这
ECU
对于车载 和整车的网络是一个挑战。随着汽车电气架构的更新和高级别自动· 43 · ECU
驾驶功能的导入，车载 的芯片从单片机
（Microcontroller UNIT，MCU
）进化至系统级芯片
（System on Chip，soc） [1],
计算能力已经取得了飞
Full
跃式的提升，目前，特斯拉的全自动驾驶（
Self- Driving，fsd 72 TOPS
）的最大算力以达到
NVIDIA（英伟达）计划
（处理器运算能力单位），
2022 Orin
在 年投产的 芯片最大算力更是高达
200 TOPS。同时车载网络也进化至100 Mbit/s
甚至
1 000 Mbit/s GW（网关）或
的带宽，技术上可以选用
ECU OTA
者其它高算力的 ，并配置大内存作为
Master，内置EOL Client
电检程序代替 完成相应的电检功能。
Server
针对传统 承担的网络接口功能，目前具
OTA 4G 5G
备 功能的车辆均配备有 或 通讯功能的
Telematics BOX，TBOX OTA
车联网系统（ ），可由
Master TBOX
通过控制 来执行网络接口或者网络
数据的转发，OTA Master TBOX
与 之间的数据传输采用专线和私有保密协议，防止数据被窃取或者泄露。
Server Client
传统 负责接收和解析 回传数据和
1
报表生成的功能，作为 个功能包，集成在生产系
MES（生产过程执行系统）中。
统系统
OTA
基于以上基础，对 的电检系统做初步的研究。
EOL
目前整车的传统 电检方案在各品牌整车代工厂细节上有所区别，但整体工艺上可归纳为制动液加注、软件刷写、静态电检、静态标定、高级
统（Advanced Driver Assistance System，
驾驶辅助系
ADAS）标定、转毂测试、商检入库7
大类工艺。所
Client Server
有的测试均由 识别 下发的车辆数据，并根据配置差异性执行相关的测试。
OTA
本文后续基于 的电检工艺均以上述流程
2
为例，如图 所示。3.1加注在整车制造中，所有的车辆的物料信息均与
· 44 ·
码（Vehicle Identification Number，vin）保
车辆识别
EOL 电检流程中，VIN
持绑定，而在传统 与车辆
VIN
的绑定是通过扫描 条形码或者读取射频识
别卡（Radio Frequency Identification ，RFID
）输入给
Client，在软件刷写过程中写入VIN。OTA
方案中，
RFID
不再有扫描器或者 的输入接口，需要考虑
OTA Master VIN, VIN
如何获取到 并通过 连接到生产系统获取车辆数据。考虑到制动液加注在电检流程中一般都是前置工艺，并需要车身电子稳定性控制系统
（Electronic Stability Controller，esc）模块的参与，可VIN ESC，后
以在执行加注时，加注设备先将 写入
OTA Master ESC VIN
续 执行电检时，以 中的 为前
提。VIN ESC
写入 时，可以通过排序或者队列的方
VIN VIN
案，确保写入的 与车身上的 一致。亦可通
EMS（燃油车）或者驱
过物料队列，在发动机电脑
VCU（电动车）中预先写入VIN,后续电检以
动模块
VIN
该 为准。因具体细节与电检相关性不高，本文不再细述。
3.2 软件刷写、静态电检和静态标定
整车装配完毕后，首次上电，OTA Master
启动
ESC（或EMS/VCU）
后自动执行电检程序，首先从
VIN，并
中通过诊断协议获取 通过车载网络驱动
TBOX，使用4G/5G VIN
网络，通过指定的接口发送
TBOX
和 信息至生产系统，请求车辆数据。生产系
VIN,
统根据 将车辆的配置信息和相关软件通过
TBOX OTA Master TBOX
发送给 ，同时完成该 与
VIN
在系统中的绑定。
TBOX OTA Master
与 的通讯采用私有化协议，并带有独立的物理通道。
OTA Master
接收并解析相关数据后，开始执行软件刷写，软件刷写完成后，执行静态电检，完成部分
ECU
的静态标定，保证车辆能够正常启动和使用[2]。
测试完毕后，OTA Master TBOX
通过 将整体测试结果和数据返回生产系统；并通过生产系统驱动相应的线边设备，如打印机、显示屏、三色灯等，显示电检结果，并显示不合格的车辆返修原因，如
3
图 所示。
4G/5G TBOX
该工艺中，因涉及 的入网通讯以
TBOX
及软件、配置等数据发送，需要考虑 模块的6期4G/5G
入网需求，可通过在工厂内布置工业专用的环网，避免车辆交付前的流量限制，并在该工艺
TBOX、VIN与远程服务提供商（Telematics
中，完成
Service Provider，tsp）运营商的信息绑定。3.2.1 ADAS
标定
OEM
除少部分产品外，目前大部分整车 的
ADAS
方案均需要进行静态标定。标定方案采用上层控制策略，由电检程序来控制车辆和设备进行标定。该策略更适合多车型的柔性化生产，后续投入低。车辆驶入工位，通过车载摄像头识别设备上的二维码触发标定，完成车辆和当前标定工位的
TBOX 4G/
配对，车辆通过 将相关的标定参数通过
5G
发送至设备端，并通过相应的控制协议，控制设
备的动作，如移动自适应巡航（Adaptive Cruise Con⁃ trol，acc
）雷达靶板、移动车道偏离预警系统
（Lane Departure Warning，ldw
）靶板、控制抬头显
示系统（Heads Up Display，hud）标定摄像头等，同ECU ADAS
步控制相应的 模块，完成 的标定。标定完成后，将相关的数据和结果发送给生产系统。
3.2.2
转毂测试转毂工位为整车工厂内唯一动态测试工位，
ADAS OTA Master
其整体方案同 工艺一致，由 主
3
控，实现车、人、设备的 方联动完成测试，具体细节不再进行详述。
采用上层控制时，ADAS
和转毂各自测试完毕
后，OTA Master TBOX
需通过 将整体测试结果和数据返回生产和售后系统；通过相应的线边设备提示车辆是否需要返修和需要返修的原因。
ADAS 4
和转毂测试的结构如图 所示。
3.2.3
商检入库
1
商检入库一般为最后 个工位。其基本流程
OTA Master ECU故障读取、ECU
为 执行 追溯信息
基于实验室某车型的电子电器台架，OTA
电检系统做了初步的测试。
GW OTA Master，预先在离线
测试中选用 作为
GW
状态下将电检程序刷入 ，电检程序中内置对
3
仪表的 条读取指令，零件号、软件号、供应编
OBDII RJ45 GW
码。使用 转 线缆，将 与电脑建立
Diagnostic communica⁃
基于网络协议的诊断通信（
tion over Internet Protocol，doip
）连接，启动电脑上
DOIP模拟器。GW
的 上电启动后，电脑接收到的
GW
诊断指令后，模拟仪表自动发送诊断回复。多次测试中，模拟指令包含全部正响应、全部负响
GW
应、正负响应均包含等场景，抓取 生成测试
xml GW
文件，验证 内置电检程序正确性。
GW TBOX的连接，GW TBOX
同理验证 和 与 采
TBOX
用私密连接，通过抓取 的对外请求，验证
GW TBOX
是否能正确通过 请求和接收相关数据信息。
GW
电检程序验证完毕后，台架上连接车辆仪5 OTA电检系统的前景
OTA
电检系统相比传统的电检方案，具备以
4
下 个优势。
OTA EOL
a. 电检可有效降低传统 方案的软硬件投资和维护成本。单个工厂至少降低设备投资
500 1
成本 万元。以传统电检方案为例，工厂配备
Server 20 Client 的基本配置，Server
个 加 套 端的软
50万元以上，Client
硬件（主机定制开发）成本需 端
250
仅硬件成本就超过 万元，项目管理费（含安装调
200
试、培训和技术支持、电检软件开发）约 万元；
4G 5G
b.直接使用 或 网络，现场无需无线接
入点（Access Point, AP）热点或者网络端口，降低工
厂的网络部署需求和成本；
Master可以通过诊断数据库（Open Diagnostic
c.
data exchange，odx）导入诊断数据库，无缝承接售
后诊断需求，无需重新开发售后电器诊断系统，降低开发和维护成本；
OTA Client
d. 电检过程中，取消了传统电检 连