【摘要】 FAKRA是一种传输高频信号的高性能汽车线束， 随着汽车技术的快速发展， FAKRA线束已经广泛应用于汽车行业的关键领域。FAKRA线束分为传统的FAKRA线束和小型化的Ｍｉｎｉ-FAKRA线束。FAKRA线束通常应用在车载导航系统、车载娱乐系统、车载通信系统、３６０°全景摄像头、自动驾驶以及远程信息处理系统等领域， 助力新能源汽车智能化、网联化、信息化的快速发展。FAKRA线束的自动化制造技术以及自动化设备的开发和应用成为亟须攻克的技术难题， 如何在FAKRA线束自动化制造设备上运用防错技术， 从线束的制造源头进行防错， 能有效避免批量不良品的产生， 提高设备的稳定性和提高产线的良品率， 降低FAKRA线束的制造成本。
随着新能源汽车技术的网联化(Ｖ２Ｘ)、先进驾驶辅动系统(ＡＤＡＳ) 的快速发展，以及高精度车载雷达的广泛应用，连接汽车通信和数据信息交互关键组件的FAKRA线束，必须具有高精度、快速连接、耐久性强和可靠性高等特点。加之新能源汽车智能化和网联化技术及５Ｇ技术的进一步推进，FAKRA线束面临着更高的性能需求。FAKRA线束自动化制造技术的应用不仅能提高生产效率，还能确保产品质量的一致性和线束的可靠性。FAKRA线束自动化或半自动化制造过程中运用防错技术则能有效预防不合格品的产生，提升FAKRA线束的整体生产管理水平，降低产品的制造成本。
传统的人工产线虽然能生产FAKRA线束，但是产品的一致性、信号传输性能、产品的可靠性很难保证。随着FAKRA原材料的进化，从原来的机加工单粒产品逐步演化为冲压版本，既提升了FAKRA原材料的生产效率和自动化制造水平，又降低了制造成本，为线束的自动化制造提供了先决条件。因此，FAKRA自动化制造方案的设计、对自动化产线上操作工站防错技术的研究和应用显得尤其重要。
车载FAKRA线束自动化生产线设备集成了裁线、盘绕、剥皮、压接、测试等多个工序，采用模块化的结构设计及精密的伺服驱动机构，实现全自动化生产。FAKRA自动化生产线配备了数控人机交互系统，各工作站模块可独立工作，并且根据客户需求支持非标定制，可灵活扩展多项附加功能，并且可以通过人机交互界面实现对各个模组的单独控制。
FAKRA线束自动化生产线通常有两种: 第一种是包含全自动切线、打圈、捆扎，自动化设备抓取导线、剥外胶皮、压接、穿外导体、穿塑壳、成品线束导通及收线，这种自动化方案是全自动的FAKRA产线方案；第二种是人机结合的生产线方案，该方案将全自动切线打圈捆扎机同自动化生产线主机分离，后段采用人工穿塑壳，自动化生产线只做中间的剥皮、压接中心针、穿外导体、耐压检测等中间工序，半成品线束下线后，人工穿塑壳、耐压检测、ＳＩ检测、外观检测、包装。FAKRA生产流程如图１所示。
如果企业对FAKRA线束生产制造的自动化要求高，在方案上选择全自动FAKRA生产线，只需要一个人操作，即可完成同轴线缆、端子物料在设备上安装放置，以及自动化产线设备人机界面的操作，同时完成FAKRA线束最终合格产品的收集、转运，监控全自动FAKRA生产线运行过程中的异常处理、不良品的收集和分析。如果企业注重效率和设备的稳定性，在设备方案上可以选择人机协同专用产品类型的半自动化专线，减少了物料和产品换型，设备的利用率最高。
无论是单端循环的自动化生产线还是双端循环的自动化生产线，在自动化生产线方案设计前期，一定要结合企业实际需求、线束项目产品类型、工艺路线、检验参数，包括对客户的技术要求进行反复论证和方案评审，能有效避免后期的设备改动。同时，在自动化生产线的方案设计上，要最大限度地避免自动化生产线的结构过于复杂。自动化生产线的结构复杂性越高，必然会导致自动化生产线的整体稳定性、设备的稼动率降低。
FAKRA线束自动化制造设备方案或半自动人工生产制造工序排布阶段一定要融入相关设备防错或工艺防错技术，以有效避免后期设备调试、线束生产和设备验收过程中的很多不确定因素。
２. １ 切线工序的方案设计和防错应用
全自动化生产线是将自动切线盘绕机和FAKRA自动化生产线通过机械机构进行连接，然而自动切线盘绕机在和FAKRA自动化生产线组合后却有一定的局限性。当切线长度小于800ｍｍ时，线缆刚好盘绕１圈，绕盘直径Ｄ＝１２０ｍｍ，两端甩线２００ｍｍ，采用胶带捆扎或者扎丝捆扎，确保捆扎结实。当导线长度范围在８００~ １２００ｍｍ 时，导线盘绕不够两圈，或者不能确保两端甩线２００ｍｍ时，一定要考虑设计盘绕直径可调的线缆盘绕载具。
线缆自动裁线盘绕机，一定要设计可以通过导线长度来计算盘绕直径的柔性机构，线缆直径１５０~ ３００ｍｍ 为最优，行业内通常将线缆盘绕成两端半圆中间矩形的形状。两端半圆直径约１００~１２０ｍｍ， 两半圆边最远距离约３００ｍｍ。因此，切线长度范围最低为８００ｍｍ。根据捆扎(扎线) 机构大小确定切线最长尺寸。
切线盘绕机的绕线机构一定要设计成伺服电机控制可调的，操作员在人机交互界面输入导线长度、导线类型、长度补偿等参数后，软件系统会自动计算盘绕直径，并控制伺服系统调整绕线载具，同时确保线盘两端甩线２００~ ３００ｍｍ，满足FAKRA自动化生产线主机载具的应用需求。
为提高自动切线打圈组件的利用率，切线盘绕机末端要预留一个线缆收集机构，当FAKRA自动化生产线不工作或生产单端加工产品时，自动机部分采用人工放线。前端的裁线盘绕机构可以继续工作，设备将切线盘绕、捆扎成圈的线缆输送到指定位置，人工将盘圈线缆收集到周转箱容器中，裁线打圈设备的利用率提高３０％~４０％， 同时也将设备利用率提升５％左右。
２. ２ FAKRA自动化生产线方案设计和防错应用
FAKRA自动化生产线主机部分通常要完成大剥皮、压接金属屏蔽、切铝箔、翻网屏蔽丝、芯线剥皮、压接中心针、穿外导体、压接外导体、ＣＣＤ检测、耐压检测、激光打标识、收线等操作。部分全自动FAKRA生产线还可以完成穿护套、安装自锁、ＮＧ品分离等操作，FAKRA自动化生产线主机部分是整套生产线的重要组成部分，也是自动化生产线的核心和精髓。
FAKRA自动化生产线的主机第一或第二工站必须设置一个人工放线的工站，即便是裁线盘绕机组合的全自动化生产线，也要在开始工站设置一个人工放线的工站。主要目的有两个，首先是满足较短线缆和过长线缆的生产制造，其次是当切线盘绕机故障时，可以人工放线，提高ＦＡＫＲＡ自动化生产线的利用率。
FAKRA自动化生产线在完成翻网和芯线剥皮之后，必须设置一个离子风清洁模组，如图２所示。通常采用线缆上部吹风，下部吸风，将附着在线缆头部的屏蔽断丝、游离金属异物，利用离子风清洁干净。必要时，在穿外导体前再增加一个离子风清洁模组，确保插入外导体的中心针是清洁、无异物附着的，如图２所示。
屏蔽丝翻网检测，在压接中心针的前一个工站，必须增加一个屏蔽丝翻网检测模组，用来检查翻网不彻底的半成品，杜绝屏蔽丝和芯线连接导致的FAKRA产品短路问题。
行业内通常采用弱电检测内绝缘处、芯线和屏蔽丝有无通路，这种接触式检测有可能改变芯线的状态。另一种是采用３６０℃ＣＤ 检测屏蔽丝飞丝。通过旋转镜头拍照，对半成品内绝缘、芯线区域设定敏感区，要求敏感区内无异物，这种无接触的检测可以作为优选，如图３所示。
中心针校直模组设计方案，由于中心针端子在压接后，要从钳口中脱模，某种特殊条件下，中心针的脱模过程会导致中心针端子和线缆发生不同程度的弯曲。为保证中心针端子顺利插入外导体组件，在中心针穿(压接) 外导体模组之前一定要设计一个中心针校直模组，如图４所示，确保中心针穿外导体的时候端子平直，提高插入合格率。该模组采用软塑胶材质的平面对端子施压３~５Ｎ， 当校直不良品端子(飞丝) 时，有可能导致飞出的铜丝碎屑掉落在中心针校直区域，碎屑有可能会被下一个合格的中心针给吸附粘走，导致产品的短路。因此，要在中心针校直模组上增加一个吹气装置，当中心针端子每校直一对后，端子离开校直模组后的空闲节拍时间内，对中心针端子校直区域吹气清洁，防止掉落在校直后的合格端子上吸附(沾上) 金属异物。
增加废料带隔离组件，如图５所示，在双端同时加工的自动化生产线上，通常情况下，先将左端的中心针穿外导体，然后压接外导体，这个时候右端的中心针处于悬空状态。当左端压接模组上的料带切断刀钝了，无法正常切断废料带，将导致多余的料带向上弓起，如图６所示，干涉线束右端的屏蔽丝，压接设备后退时将已经翻网彻底的屏蔽丝挂扯并拉到和中心针区域，当右端穿外导体时，出现短路的不合格产品。因此，压接左端外导体的压接机模具的废料带一侧，必须增加一个废料带隔离板，将废料带和右端线缆完全隔离，避免产生严重的短路不合格品或有潜在质量风险的产品流出。
导通耐压检测模组的防错设计，对于双端生产模式的自动化FAKRA生产线，左右两端的耐压检测对接机构应采用由两个伺服电机单独控制伸缩距离。当产线加工两端物料类型相同的FAKRA产品时，两个模组前进和后退的尺寸相同，当两端加工的物料类型不相同时，由于外导体的长度和中心针端点位置不同，耐压检测模组的测试接头尺寸、位置也不一样，需要单独控制。这种两端单独控制模组的机构复杂、设备制造成本高，但控制精度较高，如图７所示。
导通耐压检测模组采用一个电机控制前进和后退的方案，如图８所示，适合两端加工相同原材料的ＦＡＫＲＡ，这种模组的控制方案，机构比较稳定，运行比较可靠，模组成本较低。当应对两端不同产品类型的FAKRA时，可以采用快速切换的对接模块进行卡紧连接。缺点是，需要设计多个应对不同产品快速切换的对接模块。
２. ３ ＣＣＤ 影像检测技术在全自动FAKRA生产线的应用
随着半导体技术和数字图像处理技术的不断进步，以及ＣＣＤ芯片的分辨率和动态范围的进一步提升，使得ＣＣＤ成像质量更高。同时，ＣＣＤ影像检测与人工智能等新技术深度融合，结合性能强悍的计算机系统实现更高级别的算法对图像分析和处理，检测精度、准确性和检测效率也将得到极大提高，推动ＣＣＤ影像检测技术在FAKRA自动化生产线上的大范围应用。
采用ＣＣＤ影像检测，通常采用固定式镜头三棱镜３６０°检测、固定式单面检测；３６０°旋转镜头全方位检测，在ＣＣＤ检测模组方案设计过程中，对生产过程半成品的检测需求要合理配置。比如: 对屏蔽网丝切断、屏蔽网丝翻网是否彻底，优选３６０°旋转镜头方案。对中心针压接外观和压接尺寸检测、外导体压接外观和尺寸检测，优选固定式镜头三棱镜３６０° 检测；对检测FAKRA线束同心度、芯线根数、FAKRA护套状态识别等优选固定式镜头进行检测，ＣＣＤ相机拍照更加精细和准确。
采用ＣＣＤ影像检测FAKRA同轴线缆屏蔽丝切断，检测有无飞丝，检测压接金属箍后屏蔽丝翻网是否彻底，有无飞出屏蔽丝在中心针压接区的效率和可靠性，精度远远大于传统的弱电接触式检测，如图９所示。
FAKRA线束同心度检测，目前最好的方案就是采用固定相机模式的ＣＣＤ影像检测，将相机拍摄的图片，通过图像识别软件和计算机系统，实时计算出FAKRA线束中心针圆心和外导体圆心之间的距离，符合设计标准，产品标记合格；否则标记成不合格品，自动化设备最后一个模组将不合格品进行排除隔离。不同的设备厂商对FAKRA同心度或者圆心距的计算方法大致相同。如图１０、图１１所示。
对于FAKRA公端，中心针的圆心和外导体大圆圆心距Ｄ＝０. １５ｍｍ。对于FAKRA母端，中心针(绝缘子) 圆心和外导体大圆圆心间距Ｄ＝０. １５ＭＭ， 并且母端中心针小圆Ｄ＝０. １ｍｍ 范围内不能有异物。通过ＣＣＤ图像识别运算技术进行判断，超出测量数值，设备自动ＮＧ不良。
２. ４ FAKRA线束的不良品分析
FAKRA线束在制造过程中，难免会出现短路、断路、耐压检测、绝缘检测不合格、中心针插入深度不合格、FAKRA中心针同心距不合格、屏蔽飞丝、外导体变形等不良品。生产过程中一定要针对不良品进行分析并查找原因，从设备、过程控制上彻底解决导致不良品产生的根本原因，从而避免产生大批量的不良品避免不良品流出的极大风险。
１) Ｘ-ＲＡＹ 无损检测。当FAKRA产品出现断路或者短路的情况，可以将不良品用Ｘ-ＲＡＹ 进行照射检查，如图１２所示。通过调整Ｘ-ＲＡＹ 设备，放大或缩小局部区域，查出导致不良的问题点，并分析不良的故障点、不良品的类型。
２) 工业ＣＴ检测。由于Ｘ-ＲＡＹ 的功率过小或设备性能问题，部分金属层厚度大的FAKRA外导体，则无法看清内部的不良状况。因此，可以借助工业ＣＴ对故障线束的两端进行ＣＴ全尺寸扫描，利用工业ＣＴ的控制软件对扫描的３Ｄ数据进行切片分析，如图13所示。
对FAKRA线束产线的Ｘ-ｒａｙ 检测在国内部分企业开始推广应用，只是作为对不良产品的分析，并没有对其做１００％的Ｘ-ｒａｙ 无损透视检验。
在国内，我公司率先采用工业ＣＴ对不良品进行无损分析。合格产品通过工业ＣＴ对FAKRA产品按组进行尺寸测量，同时对产品进行信号传输ＳＩ信号测试，从而筛选出性能最优的压接、组装参数，确保ＳＩ信号数据最优状态下的压接参数。
电子放大镜检测，选用１００~ ２００ 倍的电子放大镜检查不良，有些公司不具备Ｘ-ＲＡＹ 和工业ＣＴ的检查条件，可以采用电子放大镜进行检测。比如: 电子放大镜目视检查屏蔽丝切伤、同轴线缆芯线切伤、切断，中心针压接外观、同轴线缆内绝缘切伤、中心针插入状态等。
在缺乏相关设备的情况下，首先可以采用灌胶凝固后，用剖切工具对不良品进行刨切、研磨，然后在电子放大镜下观察，从而发现不良品故障点的真实状态，分析质量问题产生的根本原因，最后通过对设备、模具的改善，解决产生不良的问题点。
FAKRA线束的自动化制造和防错技术还有很多，自动化设备厂家应和设备需求方对FAKRA自动化生产的前期设计方案进行充分沟通，并结合国内外同行对FAKRA自动化设备方案进行研究和剖析，融入更多的防错方案，能大幅缩减设备的调试及批量生产周期，减少试错概率。
FAKRA自动化设备的方案设计和方案选择，企业一定要结合公司和客户对产线的需求、产品设计技术参数、质量检测要求，选择适合的FAKRA自动化生产线类型，并结合公司原材料的供应链情况，打造FAKRA高速数据线束的生产制造车间，从而实现效率、利润的最大化。
来源：第三十二届中国汽车工程学会年会论文集
