激光檢測實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的車身焊接

視覺檢測站測量速度快、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對車身總成、分總成的加工過程進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而及時(shí)、有效地反映生產(chǎn)線狀態(tài)，通過及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備，減少廢品的出現(xiàn)，最終提高產(chǎn)品質(zhì)量。

焊接是汽車制造過程中的重要工序之一，具有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，因此必須對焊接質(zhì)量進(jìn)行很好地檢測。傳統(tǒng)的檢測方式通常是采用三坐標(biāo)測量機(jī)，但這種方式操作復(fù)雜、速度慢、周期長，只能對工件進(jìn)行抽檢。視覺檢測作為一種新型的檢測手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可以應(yīng)用于汽車車身的在線檢測，及時(shí)反饋產(chǎn)品的誤差信息，不僅提高了產(chǎn)品的合格率，同時(shí)也為工藝改進(jìn)、減小誤差提供了閉環(huán)反饋的尺寸控制手段，符合現(xiàn)代制造的質(zhì)量工程要求。圖 1所示為通用視覺檢測系統(tǒng)框圖，其中視覺測頭即為各種類型的視覺傳感器。

激光視覺檢測系統(tǒng)

車身的關(guān)鍵尺寸主要是風(fēng)擋玻璃窗尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置及各分總成的位置關(guān)系等，因此視覺傳感器主要分布于這些位置附近，測量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸等，一般為固定式測量系統(tǒng)。在生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)一個(gè)測量工位，將定位好后的車身置于一框架內(nèi)，框架由縱、橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成，可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。傳感器的數(shù)量通常由被測點(diǎn)的數(shù)量來確定，同時(shí)根據(jù)被測點(diǎn)的形式不同，傳感器通常又分為雙目立體視覺傳感器、輪廓傳感器等多種類型。

1、工作原理

在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將多個(gè)視覺傳感器組成一個(gè)視覺檢測站，每個(gè)傳感器首先計(jì)算出被測點(diǎn)在當(dāng)前的傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后將所有視覺傳感器坐標(biāo)系匯聚在系統(tǒng)坐標(biāo)系下，從而完成測量。系統(tǒng)的工作主要建立在攝像機(jī)模型和立體視覺傳感器三維測量模型的基礎(chǔ)上。

為了得到被測點(diǎn)在車身定位坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，需要以標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為中介，把被測點(diǎn)在傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到被測點(diǎn)在車身定位坐標(biāo)系中，這就需要把傳感器坐標(biāo)系、車身定位坐標(biāo)系與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)一起來，稱為中介坐標(biāo)統(tǒng)一法。

完成上述工作是通過局部標(biāo)定和全局標(biāo)定的過程來實(shí)現(xiàn)的。局部標(biāo)定是利用透鏡透視原理，標(biāo)定出從世界坐標(biāo)系到傳感器三維坐標(biāo)系的12個(gè)外部參數(shù)；全局標(biāo)定采用的是中介坐標(biāo)系方案（圖2），通過采用靶標(biāo)，求出測量傳感器所對應(yīng)的傳感器坐標(biāo)系到經(jīng)緯儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，完成坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

2、先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)

激光視覺檢測系統(tǒng)采用先進(jìn)的CBVM測控軟件，可以通過圖形化的操作界面實(shí)現(xiàn)檢測站的所有功能，即使不熟練的操作者也可以方便使用。同時(shí)，數(shù)據(jù)管理與分析軟件負(fù)責(zé)測量數(shù)據(jù)的管理以及完成局域網(wǎng)用戶對測量數(shù)據(jù)的查詢和分析。

（1）整車數(shù)據(jù)查詢與分析

整車數(shù)據(jù)查詢是按整個(gè)車身進(jìn)行查詢，反映整個(gè)車身的情況。

整車數(shù)據(jù)查詢既可以按照車身的生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行查詢，也可以按照車身的編號進(jìn)行查詢。查詢數(shù)據(jù)的列表可以采用多種排序方式：車身編號和點(diǎn)號、點(diǎn)號和車身編號、生產(chǎn)時(shí)間及生產(chǎn)班次等。數(shù)據(jù)的顯示采用3種不同的底色來反映測量點(diǎn)加工誤差的大小。

（2）功能尺寸分析

功能尺寸分析是對一個(gè)車身的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行綜合評價(jià)。

可以選擇一定時(shí)間段生產(chǎn)的車身進(jìn)行功能尺寸評價(jià)，也可以選取一定的車身編號段內(nèi)的車身進(jìn)行功能尺寸評價(jià)。評價(jià)表中列出了車身編號、生產(chǎn)時(shí)間以及各功能尺寸，表中數(shù)據(jù)的顯示可以按照選定的功能尺寸項(xiàng)進(jìn)行排序，也可以選擇圖示顯示（圖3）。

（3）統(tǒng)計(jì)功能

對整個(gè)生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以分為月統(tǒng)計(jì)和年統(tǒng)計(jì)：對于每月每日的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以選擇統(tǒng)計(jì)條件，如需要統(tǒng)計(jì)的月份、不合格數(shù)量等，圖表顯示的形式可以是合格率也可以是日產(chǎn)量；年統(tǒng)計(jì)數(shù)量是根據(jù)月統(tǒng)計(jì)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，所以每個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，就會出現(xiàn)在年統(tǒng)計(jì)表格中。

激光視覺檢測站的應(yīng)用

隨著汽車制造水平的不斷提高，激光視覺檢測站逐漸得到應(yīng)用，一汽大眾汽車有限公司從每一個(gè)總成開始，均采用該系統(tǒng)進(jìn)行尺寸控制，出現(xiàn)問題的部件會被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)警并放回返修區(qū)。這樣可以保證每一級總成部件均由尺寸合格的下級總成組合而成。不僅如此，由于數(shù)據(jù)實(shí)行實(shí)時(shí)檢測、存儲，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，制造部門可以快速發(fā)現(xiàn)工裝夾具的問題所在，在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整（圖4）。

圖4  視覺檢測系統(tǒng)在焊裝各級總成中的應(yīng)用

除此之外，激光視覺檢測系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用于焊裝生產(chǎn)中，如門蓋裝配、前端切削焊接以及車身后部后尾燈定位孔的形成等。

傳統(tǒng)工藝中燈安裝孔采用多個(gè)沖壓件焊接而成（如圖5所示），其累計(jì)誤差較大、且難以控制，導(dǎo)致后尾燈安裝后與側(cè)圍匹配質(zhì)量較差、尺寸不穩(wěn)定。采用激光視覺檢測技術(shù)，沖孔在各部件拼焊完成后進(jìn)行，通過使用激光在線測量，將后尾燈左右的型面形成數(shù)模，并與已經(jīng)存儲于控制器中的數(shù)模相對照，找出最佳匹配尺寸并調(diào)整機(jī)器人完成沖孔工藝。

圖 6所示為激光在線檢測技術(shù)在白車身車門裝配中的應(yīng)用實(shí)例。其中機(jī)器人控制下的抓拾器與激光在線檢測系統(tǒng)通過總線控制，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，通過激光在線檢測系統(tǒng)在門蓋裝配過程中的實(shí)時(shí)動態(tài)測量，實(shí)時(shí)地把所測量數(shù)據(jù)與處理器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模數(shù)據(jù)對比，給出測量值與理論值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)整抓拾器的安裝位置，使其達(dá)到一個(gè)設(shè)計(jì)的最佳值，此時(shí)門與側(cè)圍的平度和間隙均會達(dá)到一個(gè)最佳值。

結(jié)束語

先進(jìn)的激光在線檢測系統(tǒng)在汽車制造中不同領(lǐng)域的應(yīng)用，在某種程度上改變了汽車制造中的某些傳統(tǒng)工藝流程，它對于推動汽車制造業(yè)的發(fā)展有著及其重要意義。