三維掃描技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用

馬剛

摘要：通過(guò)掃描的方式獲取事物的三維信息，再將獲取的信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)再交由電子計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的技術(shù)被稱(chēng)為三維掃描技術(shù)，這種掃描方式不僅掃描精讀非常高，而且掃描速度也非?？臁ＨS掃描技術(shù)主要可分為非接觸式和接觸式兩種方式，本文主要基于三維掃描技術(shù)原理，對(duì)其在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：配置線;汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī);三維掃描;應(yīng)用

三維掃描曾被用于逆向工程的設(shè)計(jì)以及建筑物測(cè)量等領(lǐng)域，其本身屬于視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用范疇，具有非常明顯的掃描速度快、掃面準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣等諸多有點(diǎn)[1] 。隨著科技的不斷發(fā)展，三維數(shù)字化技術(shù)逐漸趨于成熟，在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中都可以看到，三維數(shù)字化信息以各種不同的特色和風(fēng)貌存在。三維掃描儀是將檢測(cè)物體的彩色信息通過(guò)掃描的方式進(jìn)行獲取，然后再將獲取后的立體彩色信息轉(zhuǎn)化為三維的數(shù)字模型，最后再通過(guò)計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的一種數(shù)字化儀器。由于通過(guò)三維掃描儀而提取出來(lái)的圖像信息，使用柔性非常高，且具有極高的精確性，因此往往可以規(guī)避很多由于制作過(guò)程所產(chǎn)生的缺陷問(wèn)題。現(xiàn)如今，很多的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線人工視覺(jué)的監(jiān)測(cè)方式逐漸被三維掃描技術(shù)所取代，其不僅可以規(guī)避很多缺陷，還可以很大程度的節(jié)約人力成本。

一、三維掃描儀的原理

（一）三維掃描儀的簡(jiǎn)介

三維掃描儀即3D scanner，是采用三維掃描技術(shù)的一種新型電子設(shè)備，其能夠根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需求對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行有效調(diào)整，大到對(duì)整輛車(chē)的檢測(cè)，小到對(duì)一顆螺絲釘?shù)臋z測(cè)，三維掃描儀都可以完美勝任，同時(shí)還具有非常明顯的掃描速度快、精讀高的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[2] 。其檢測(cè)原理為：通過(guò)將現(xiàn)實(shí)物體的外觀數(shù)據(jù)與表面特征進(jìn)行掃描，再連接計(jì)算機(jī)將獲取的信息自動(dòng)生成物體的三維模型，這時(shí)就可以將原三維模型與實(shí)際測(cè)量出來(lái)的三維模型進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)利用三維掃描儀對(duì)不同零件的進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。不僅如此，三維掃描儀在刑事鑒定、游戲素材以及逆向工程等方面都被廣泛應(yīng)用。

（二）三維掃描儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

三維掃描儀主要有兩種類(lèi)型，即非接觸式和接觸式，本文主要對(duì)非接觸式掃描儀進(jìn)行相關(guān)的介紹[3] 。相對(duì)于接觸式掃描儀來(lái)說(shuō)，非接觸式有著具有更加高柔性的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在檢測(cè)過(guò)程中，非接觸式三維掃描儀可以在不需要接觸零件表面的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量，這樣一來(lái)就可以有效避免對(duì)零件表面造成不必要的損傷。在非接觸式掃描儀中，最為常用的一種是拍照式掃描儀，這種拍照式掃描儀主要組成部分有投影光柵、計(jì)算機(jī)、兩個(gè)工業(yè)級(jí)別的CCD相機(jī)以及圖像采集卡。

二、在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中應(yīng)用三維掃描儀

大多數(shù)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線都是通過(guò)CCD相機(jī)或者目視檢查的方式對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)的，但是由于目視檢查的方式比較受檢查人的主觀因素影響，因此很容易影響檢測(cè)的最終結(jié)果。如果是在大批量的生產(chǎn)過(guò)程中，目視檢查方式很難確保產(chǎn)品的合格率以及生產(chǎn)能力。而采用CCD相機(jī)檢測(cè)的方式只能對(duì)零件的二維平面進(jìn)行檢測(cè)，零件的整體狀態(tài)并不能充分的反映出來(lái)，因此也很容易發(fā)生誤判的情況。

三維掃描儀這種全新的檢測(cè)方式是通過(guò)掃描的方式直接獲取物體三維信息的，其可以將掃描到的物體信息直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，這樣一來(lái)就可以方便計(jì)算機(jī)直接對(duì)掃描到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。不僅如此，其在獲取零件信息時(shí)無(wú)需接觸零件表面，獲取信息的精度高，且用時(shí)非常短。如果需要對(duì)發(fā)送機(jī)配置線中已經(jīng)裝配完成的部件進(jìn)行檢查，可以利用三維掃描儀對(duì)其進(jìn)行整體性的三維掃描，然后再將掃描后所得到的三維圖像和預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)三維圖像進(jìn)行全方位的比較，判斷其是否合格。一旦發(fā)現(xiàn)采集到的三維圖像與預(yù)設(shè)圖形不一致，HMI面板就只直接顯示零件不合格，或者設(shè)備會(huì)發(fā)出警報(bào)的信號(hào)，這時(shí)擋停會(huì)對(duì)不合格零件實(shí)施自行放行，直至將問(wèn)題零件送到返修的工位。待返修人員將問(wèn)題零件進(jìn)行返修并重新上線進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后才能夠進(jìn)行下一步操作，這樣一來(lái)就很大程度上保證了最終裝配的質(zhì)量。

（一）在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷(xiāo)卡環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在其運(yùn)行過(guò)程中，由于機(jī)油的燃燒會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室產(chǎn)生巨大的高壓高溫氣體，這些氣體會(huì)直接作用于活塞的頂部，然后再通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的活塞銷(xiāo)孔不斷地向連桿傳送力矩。為了保證在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，活塞銷(xiāo)不會(huì)發(fā)生竄動(dòng)，在對(duì)活塞進(jìn)行分裝時(shí)，首先需要做的就是將活塞銷(xiāo)裝入活塞孔中，然后還需要將活塞銷(xiāo)卡環(huán)按要求安裝在鎖環(huán)槽內(nèi)。傳統(tǒng)的檢測(cè)活塞安裝是否出錯(cuò)的方式有二維拍照檢測(cè)或者直接使用接觸式測(cè)量，但是由于活塞的裝配環(huán)境非常的變幻無(wú)常而且很復(fù)雜，因此這種傳統(tǒng)的試錯(cuò)方式很難保證完全識(shí)別所有的裝配錯(cuò)誤問(wèn)題。

采用三維掃描技術(shù)檢測(cè)活塞時(shí)，三維掃描儀可以在活塞卡簧的安裝部位投射光線，這時(shí)兩臺(tái)CCD相機(jī)可以在該部位同步進(jìn)行拍照，將圖像采取后在通過(guò)頭像采集卡對(duì)圖像進(jìn)行處理，最后再與標(biāo)準(zhǔn)安裝視圖進(jìn)行全方位對(duì)比。這樣一來(lái)就可以有效解決活塞的配置問(wèn)題，最終保證配置質(zhì)量。

（二）在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)中的潛在應(yīng)用

1.對(duì)涂膠軌跡的檢測(cè)

通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在涂膠的過(guò)程中，要求涂膠要連續(xù)且均勻，不得出現(xiàn)斷膠的情況，因此絞線在涂抹時(shí)要盡量避開(kāi)螺栓孔的位置[4] 。對(duì)于不同類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其對(duì)膠寬的要求也有所不同，一旦出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)涂膠失效的情況，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)一系列的質(zhì)量問(wèn)題。三維掃描技術(shù)可以利用三維成像的原理對(duì)膠高、膠體位置、膠高以及橫截面積進(jìn)行全方位的測(cè)量，而且還可以對(duì)完成涂膠的全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，即使在涂膠過(guò)程中出現(xiàn)黑底黑膠的情況，三維掃描儀依然可以準(zhǔn)確的測(cè)出涂膠的質(zhì)量。

2.對(duì)氣門(mén)鎖夾的檢測(cè)

一旦氣門(mén)鎖夾的裝配失效，各種質(zhì)量問(wèn)題都會(huì)反映出來(lái)，比如：發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣、氣門(mén)鎖夾混裝、由于安裝不到位導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)卡死等。三維掃描技術(shù)在檢測(cè)氣門(mén)鎖夾的安裝情況時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在線全自動(dòng)的檢測(cè)。利用三維掃描技術(shù)對(duì)氣門(mén)鎖夾、彈簧座、缸蓋進(jìn)氣側(cè)氣門(mén)、缸蓋排氣側(cè)氣門(mén)等進(jìn)行掃描，再將掃描到的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比就可以了解每一個(gè)相關(guān)零件的誤差情況，最終可判斷氣門(mén)鎖夾的裝配質(zhì)量和效果。利用三維掃描技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，不僅可以大大減少人力成本，還可以更加快速高效的檢查出安裝及部件的質(zhì)量問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配檢測(cè)中，三維掃描儀作為一種新型的檢測(cè)技術(shù)，其不僅可以呈現(xiàn)出被檢測(cè)事物的三維立體圖像，還可以更加客觀清晰的幫助工作人員分析出被檢測(cè)零件是否合格，如此便可以很大程度提的高發(fā)動(dòng)機(jī)配置線中的生產(chǎn)效率，同時(shí)也保證了最終的裝配質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] ]賈燦燦，趙琴音，吳戈.三維激光掃描技術(shù)在礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2016，18（04）：15-17

[2] 韓達(dá)光，秦國(guó)成，周銀，等.基于BIM和三維激光掃描在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（6）：72-76，102.

[3] 魏志剛.汽車(chē)鈑金件的三維激光掃描典型案例[J].科學(xué)咨詢，2018，（32）：51-52.

[4] 馬萬(wàn)里，莫燕，韋淇山.三維掃描技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2018，（2）：149-152.

（作者單位：遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校）