淺談激光在線測量系統(tǒng)在焊裝線體上的應(yīng)用

張鎖軍

摘 要：在汽車制造工藝過程中，白車身作為所有裝配的載體包括了汽車各系統(tǒng)功能安裝點，白車身精度的穩(wěn)定性是至關(guān)重要。目前，各汽車廠普遍采用在線+離線組合的測量方式對白車身質(zhì)量進行監(jiān)控，在線測量系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)100 %測量的，實時、動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)線，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，并報送給質(zhì)量人員開展分析和處理；同時能夠?qū)y量的數(shù)據(jù)存儲，為生產(chǎn)過程中的SPC、MSA等分析工具提供大量的數(shù)據(jù)支撐，更有效地對誤差做出客觀性判定和指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：車身；在線測量；精度維護方法

中圖分類號：TN247 文獻標志碼：A

0 前言

激光在線測量是采用機器人+柔性的視覺傳感器、固定視覺傳感器、圖像處理軟件以及溫度補償系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)物體空間尺寸及位置精密測量的新技術(shù)，具有非接觸式自動尺寸測量，高速、高柔性對焊裝線白車身實施質(zhì)量監(jiān)控的要求。現(xiàn)結(jié)合東風(fēng)柳汽乘用車3條焊裝線在線測量系統(tǒng)項目的實施及應(yīng)用情況，對激光在線測量系統(tǒng)的構(gòu)成、精度影響及應(yīng)用展開說明。

1 激光在線測量系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由機器人（4臺）、激光傳感器（4套）、溫度補償球（4套）軟件系統(tǒng)1套（含外掛顯示、數(shù)據(jù)處理報警及中央處理器等及工位PLC控制系統(tǒng)，以上組成部件根據(jù)車身測點及生產(chǎn)節(jié)拍要求（40JPH），運用仿真軟件進行分析確定現(xiàn)場安裝高度。工藝布局如圖1所示。

1.2 檢測原理及功能

白車身通過有上工位由滑橇搬運到在線測量工崗位，檢測工位及上工位上都安裝RFID讀寫頭，用于讀取滑橇上固定載碼體的車型信息，將車型信息給到監(jiān)測工位的PLC上；車身滑橇下降到位工裝夾緊并發(fā)送信號到監(jiān)測工位的PLC→機器人接收到信號后調(diào)用對應(yīng)車型的測量程序執(zhí)行測量→機器人測量動作完成后發(fā)送信號控制柜→白車身工裝松開、滑橇等車身上升等待輸送到下工位的指令；與此同時，測量數(shù)據(jù)同步傳遞到中央處理器進行處理→處理后的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)報警子系統(tǒng)→無停線報警指令確認后發(fā)送信號給線體PLC將車身輸送到下工位。在白車身輸送到下工位運動過程中，測量控制柜開始補償循環(huán)，通過機器人6根軸的變化數(shù)據(jù)收集、分析，實時減少由于機器人受溫差變形導(dǎo)致的對測量精度的影響，并啟動機器人運行補償程序?機器人完成補償軌跡后通知測量控制柜，結(jié)束補償循環(huán)。原理如圖2所示。

測點分組：依據(jù)車身測點數(shù)量監(jiān)控要求（線上4款車型，110點/車型），該工位生產(chǎn)節(jié)拍為45JPH（72 s），將4臺機器人分別調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)必測點+選測點組合測量，通過必測點+選測點的方式完成每3臺車覆蓋所有點的監(jiān)控。（A為必測點，B、C、D為選測點；按A+B、A+C、A+D的模式輪流測量監(jiān)控）。

測量報警功能：對某一臺車或連續(xù)某幾臺車尺寸超差進行報警。報警可分成3種等級；Trend趨勢報警：連續(xù)5次測量數(shù)據(jù)的均值超過1/3一級公差，顯示黃色，不報警；Spec一般報警：某個或連續(xù)幾個樣本超過一級公差，顯示紅色，不停機、啟動報警；Reject拒絕報警：某個或連續(xù)幾個樣本超過二級公差，顯示紫色，停機并啟動報警。

1.3 數(shù)據(jù)分析及管理

實時數(shù)據(jù)顯示：在一個測量循環(huán)完成后，顯示被測點與理論值的偏差在報警系統(tǒng)上實施顯示，針對觸發(fā)報警條件的信息以郵件及生產(chǎn)管理系統(tǒng)實時報送。

測量點數(shù)據(jù)查詢、分析和統(tǒng)計功能：測點誤差在3個方向上的變化曲線或誤差統(tǒng)計圖，所有測量點的測量結(jié)果進行實時顯示，按周、月、年對測量點的合格率進行統(tǒng)計，并可輸出統(tǒng)計圖數(shù)據(jù)與圖線輸出（統(tǒng)計數(shù)據(jù)列表、趨勢圖、柱狀圖、正態(tài)分布圖、相關(guān)性分析圖；輸出CP、CPK等相關(guān)統(tǒng)計信息）；實時在線測量數(shù)據(jù)顯示，可以展現(xiàn)完整的工藝信息，暴露超差、殘次等問題。

2 在線影響測量精度維護方法

2.1 影響精度因素

示教作業(yè)不規(guī)范：目前在線測量采用的激光束為單條平面掃描，對示教時對特征的識別度較高，對各特征掃描線條數(shù)量有要求，示教質(zhì)量的好壞直接影響到測量精度，針對特征的示教制定標準要求，流程如圖4所示；各特征掃描線條數(shù)量要求見表1。

一致性對比：在線測量工位與三坐標測量機對同一個白車身分別測量，收集多個比對樣本后分析2個測量系統(tǒng)輸出的測量值的變化趨勢與波動大小是否相關(guān)一致；開展Offset設(shè)置：以CMM測量值為基準，讓在線測量系統(tǒng)的測量值均值與CMM保持一致，實現(xiàn)在線和離線相結(jié)合的方式對白車身質(zhì)量進行監(jiān)控。

2.2 測量系統(tǒng)精度維護及判定標準

在線測量系統(tǒng)精度驗收是要完成靜態(tài)測試、半動態(tài)測試和全動測試等測試內(nèi)容，測量方式及判定標準見表2，項目驗收合格后交付使用。使用過程中需要根據(jù)公司對在線測量的使用目的制定表1中各項測量的頻次，測試時需要三坐標和白車身等資源，需要在非生產(chǎn)時間開展。使用CII指標對焊裝線車身質(zhì)量進行監(jiān)控以下測試頻次可采用3～6月進行一次系統(tǒng)精度確認；使用一致性管控指標對焊裝線車身質(zhì)量進行監(jiān)控以下測試頻次可采用1～3月進行一次系統(tǒng)精度確認，具體維護頻次根據(jù)公司測量資源制定合理的頻次。

3 結(jié)語

激光在線測量系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)焊裝線白車身關(guān)鍵尺寸點100 %測量，實時、動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)線，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，并報送給質(zhì)量人員開展分析和處理；在車身數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動或偏差時會及時保送給質(zhì)量工程師進行處理，工程師根據(jù)在線測量系統(tǒng)的提供的數(shù)據(jù)和圖表開展分析并給出整改指令，通過在線測量系統(tǒng)的應(yīng)用有效縮短問題的解決時間，杜絕白車身不良品流轉(zhuǎn)到后工序及成本的浪費。

激光在線測量系統(tǒng)作為白車身質(zhì)量監(jiān)控的有效手段，將所有測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫管理，為精準發(fā)現(xiàn)及解決問題，實現(xiàn)車身質(zhì)量有效的監(jiān)控，國內(nèi)外多數(shù)汽車制造商在機艙線、地板線、側(cè)圍線和主拼線上布置在線測量系統(tǒng)，為高質(zhì)量的車身制造提供最有效的質(zhì)量管控手段。

參考文獻

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