基于激光在線測(cè)量的白車身尺寸控制應(yīng)用

秦成輝

摘 要：隨著汽車制造業(yè)不斷發(fā)展，整車質(zhì)量的保證對(duì)制造一致性控制提出了更高要求，而車身尺寸穩(wěn)定性是影響裝配質(zhì)量的基礎(chǔ)。白車身在線測(cè)量作為國(guó)際汽車業(yè)通用的控制車身尺寸波動(dòng)的關(guān)鍵測(cè)量手段，在整車質(zhì)量控制體系中的應(yīng)用開始普及。本文針對(duì)在線測(cè)量系統(tǒng)，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案、報(bào)警運(yùn)行機(jī)制和尺寸控制應(yīng)用實(shí)踐三個(gè)方面進(jìn)行分析，對(duì)其在白車身尺寸控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可借鑒的思路。

關(guān)鍵詞：激光在線測(cè)量;柔性定位;白車身;報(bào)警運(yùn)行機(jī)制;尺寸控制應(yīng)用

1 前言

汽車車身裝配[1]尺寸偏差是影響車身制造質(zhì)量的重要因素，而導(dǎo)致白車身尺寸偏差的因素有很多，例如：原材料質(zhì)量、工人操作、零件裝夾方式、焊接、定位方式和定位銷的磨損等。非接觸式光學(xué)測(cè)量機(jī)[2]的出現(xiàn)，使車身制造的在線測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。在線測(cè)量技術(shù)為車身制造過程提供100%的、實(shí)時(shí)的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，而且還為監(jiān)視工藝裝備的工作狀況、預(yù)測(cè)可能故障提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

2 激光在線測(cè)量系統(tǒng)介紹

2.1實(shí)現(xiàn)方案

現(xiàn)有的白車身在線測(cè)量系統(tǒng)，按照視覺傳感器固定方式，可細(xì)分為架承式系統(tǒng)和機(jī)器人式系統(tǒng)。架承式系統(tǒng)又稱檢測(cè)隧道，將一組傳感器按測(cè)點(diǎn)位置分布固定在桁架上，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有測(cè)點(diǎn)的同時(shí)檢測(cè)，具有極快的檢測(cè)速度如圖1所示。但是，由于測(cè)點(diǎn)位置固定，因此架承式系統(tǒng)難以適應(yīng)多車型柔性生產(chǎn)線的檢測(cè);又由于每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器，因此架承式系統(tǒng)傳感器數(shù)量大，成本高。機(jī)器人式系統(tǒng)將傳感器固定在機(jī)器人末端，構(gòu)成一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)子系統(tǒng)，再由2～4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成在線測(cè)量系統(tǒng)，如圖2所示。相比之下，機(jī)器人式系統(tǒng)柔性高、傳感器數(shù)量少。

本系統(tǒng)采用的是一種擺動(dòng)式線激光視覺測(cè)量傳感器。該傳感器基于激光掃描測(cè)量原理，機(jī)器人攜測(cè)頭到最佳測(cè)量位置后，激光可自行擺動(dòng)掃描待 測(cè)裝配特征，解決了掃描過程中引入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差的問題。結(jié)合傳感器智能在線標(biāo)定數(shù)據(jù)、運(yùn)用裝配特征光刀點(diǎn)云智能提取算法及參數(shù)計(jì)算方法，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)白 車身裝配特征的自動(dòng)、精確、快速、智能的在線測(cè)量，如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)組成和技術(shù)特點(diǎn)

在線測(cè)量系統(tǒng)由定位系統(tǒng)（可變）、線激光測(cè)量（LaserScan）系統(tǒng)、測(cè)量數(shù)據(jù)綜合分析（MDIA）系統(tǒng)三大部分組成，如圖4所示。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

線激光擺動(dòng)式視覺傳感器技術(shù)。通過激光線掃描被測(cè)特征，提取被測(cè)特征 參數(shù);對(duì)環(huán)境光魯棒性強(qiáng)，對(duì)測(cè)量位置無特殊要求;有利于提升測(cè)點(diǎn)初始化效率，保證日常測(cè)量的可靠性。

基于無冗余參數(shù)的全局運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的標(biāo)定技術(shù)。在提高參數(shù)辨識(shí)精度的同 時(shí)顯著減少參數(shù)辨識(shí)的時(shí)間;在機(jī)器人磨損、溫度變化、視覺傳感器更換情況下均能對(duì)在線測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行有效的補(bǔ)償，從而提高測(cè)量精度。

基于柔性定位機(jī)器人的定位技術(shù)。能夠快速實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)車型的切換;對(duì)異常載荷能夠快速響應(yīng)并報(bào)警，保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)。

基于MDIA軟件的大數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與報(bào)警分離，報(bào)警程 序不影響數(shù)據(jù)的采集和傳輸;單點(diǎn)與多點(diǎn)結(jié)合的綜合報(bào)警方法;報(bào)警規(guī)則相互獨(dú)立、可定制、可開閉、報(bào)警結(jié)果自動(dòng)生成報(bào)告。

3 在線測(cè)量報(bào)警運(yùn)行機(jī)制

3.1 報(bào)警規(guī)則

針對(duì)白車身尺寸控制要求和測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變異的特點(diǎn)，制定了三級(jí)報(bào)警規(guī)則，報(bào)警級(jí)別一級(jí)最高、三級(jí)最低，如表1所示。一級(jí)報(bào)警主要反應(yīng)重要總成或白車身整體的變異;二級(jí)報(bào)警反應(yīng)某個(gè)零件的變異趨勢(shì);三級(jí)報(bào)警反應(yīng)單臺(tái)變異。

3.2 報(bào)警運(yùn)行機(jī)制

根據(jù)各部門職責(zé)和問題解決流程，質(zhì)量部門收到系統(tǒng)數(shù)據(jù)變異報(bào)警后，著重區(qū)分是否為批量問題。如果確認(rèn)為批量問題，直接反饋尺寸質(zhì)量主管介入，根據(jù)生產(chǎn)情況組織排查分析，制定并實(shí)施整改措施。如果為單臺(tái)數(shù)據(jù)變異報(bào)警，則將故障車做離線分析處理，如圖5所示。

4 尺寸控制應(yīng)用

4.1 縮短變異發(fā)現(xiàn)時(shí)間

在線測(cè)量系統(tǒng)對(duì)車身主要工裝定位點(diǎn)的監(jiān)控，能快速發(fā)現(xiàn)工裝變異，縮短原離線測(cè)量變異再確認(rèn)的時(shí)間，加快了工裝變異點(diǎn)查找、判定、改進(jìn)。應(yīng)用案例：在線測(cè)量監(jiān)控連續(xù)報(bào)警CN201M車型 C線左側(cè)圍定位孔CPM（11Y03L）-Z 向變異，Z+3.0mm，如圖6所示。利用停線時(shí)間對(duì)主夾具NC進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是NC到位軌跡異常，立即對(duì)NC進(jìn)行了修復(fù)及調(diào)整，數(shù)據(jù)恢復(fù)原狀態(tài)。在線測(cè)量系統(tǒng)的使用，數(shù)據(jù)變異及采取行動(dòng)的周期由7天縮短為8小時(shí)。

4.2 縮短工裝改進(jìn)效果確認(rèn)時(shí)間

通過在線測(cè)量數(shù)據(jù)能快速反應(yīng)出工裝改進(jìn)的效果，從而加快工裝進(jìn)一步調(diào)整/鎖定的進(jìn)度。應(yīng)用案例：CN201M 車型C線對(duì)主夾具前門框下部Z向支撐增加接觸面，以提高Z向穩(wěn)定性工裝更改實(shí)施后，在線測(cè)量數(shù)據(jù)快速反饋出Z向過程能力得到明顯提升，當(dāng)天根據(jù)結(jié)果整車鎖定了工裝更改方案，如圖7所示。工裝改進(jìn)確認(rèn)周期由離線CMM的14天縮短為1天，提升了問題解決效率。

4.3 工裝對(duì)比分析

通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)比不同工裝，從而指導(dǎo)工裝的優(yōu)化方向。應(yīng)用案例：車身車間C線和D線均可生產(chǎn)CN201M車型，但白車身尺寸狀態(tài)存在較大差異。原來的工裝方案的優(yōu)劣主要依賴于理論的分析、經(jīng)驗(yàn)、及CMM少量的數(shù)據(jù)對(duì)比，無法確定優(yōu)化方向。通過在線測(cè)量運(yùn)用，對(duì)多個(gè)點(diǎn)、大量的數(shù)據(jù)對(duì)比，確定CN201M C線的主夾具定位方式穩(wěn)定性要低于CN201M D線的主夾具定位方式，根據(jù)對(duì)比具體工裝的差異，優(yōu)化C線Z向定位方式，如圖8所示。

5 總結(jié)

本文介紹了一種擺動(dòng)式線激光在線測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)在線測(cè)量系統(tǒng)在白車身尺寸控制領(lǐng)域的應(yīng)用做了研究和實(shí)踐，著重介紹了其報(bào)警運(yùn)行機(jī)制及多個(gè)應(yīng)用實(shí)例。希望能對(duì)在線測(cè)量系統(tǒng)在白車身尺寸控制領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用提供一些思路和參考。

參考文獻(xiàn)：

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