高精度的車身檢具--三坐標(biāo)測量機

   車身檢測是汽車工業(yè)中關(guān)于零部件檢測的重要部分，該項檢測直接關(guān)系著整車的外觀和質(zhì)量。三坐標(biāo)測量機普遍具有高精度、高速度、很好的柔性、很強的數(shù)據(jù)處理和適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的能力，尤其是豐富的、不斷擴展的軟件功能，目前愈來愈多的應(yīng)用于汽車車身檢測中。

車身檢測的特點

    汽車車身在加工和工藝裝配的過程中，由于各種主客觀因素都會存在各種各樣的誤差，除了操作者本身的技能和經(jīng)驗等主觀因素的影響外，還有一些由于檢測方法本身所造成的影響。有兩種比較典型的情況：一、車身及其組成的各種零部件大多為鈑金件，工件的剛性一般較差，且車身表面上的各種孔和相對尺寸受地球引力的影響而處于變形狀態(tài)，若使用傳統(tǒng)的測量方式和夾具方法往往對這種自然變形無法測量和評價，即使測量和評價，也會出現(xiàn)較大的偏差。其二、汽車車身裝配件是多工種加工件組裝的系統(tǒng)，很難避免在單件檢測時存在偏差。

    鑒于上述原因，對車身檢測的要求主要有：定位合理；孔的檢測包含兩項內(nèi)容：孔徑大小，孔的位置；外形檢查：由于該類零件輪廓普遍呈自由曲面、不規(guī)則等特征，需要根據(jù)具體情況采取多種方式；以劃線方式檢查工件的輪廓，情況與檢查孔相似；待測零件需要夾緊。

    傳統(tǒng)檢具一般只針對一項參數(shù)檢驗，多為手工操作，工作效率不高。另外，傳統(tǒng)的檢具及檢測用夾具存在諸多的不足，不具備監(jiān)控生產(chǎn)線上運行情況的能力，所以在車身等大型焊接件的檢測及測量應(yīng)用中，傳統(tǒng)檢具已漸漸失去主導(dǎo)地位，取而代之的是高精度的三坐標(biāo)測量機。

三坐標(biāo)測量機在車身檢測中的應(yīng)用

    三坐標(biāo)測量機是通過探頭系統(tǒng)與工件的相對移動，來探測工件表面點三維坐標(biāo)的測量系統(tǒng)。除測量機主體部分外，系統(tǒng)還包括輸送、裝夾等輔助環(huán)節(jié)，并必須在測量軟件的配合下才能完成要求的測量任務(wù)。

    三坐標(biāo)測量機普遍具有高精度、高速度、很好的柔性、很強的數(shù)據(jù)處理和適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境的能力，尤其是豐富的、不斷擴展的軟件功能，這一切使CMM在車身質(zhì)量控制中發(fā)揮了愈來愈大的作用。尤其在今天的轎車生產(chǎn)車間里，三坐標(biāo)測量機已使用在生產(chǎn)線上，而不是使用在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的測量間內(nèi)。在沖壓件生產(chǎn)車間中，采用三坐標(biāo)測量機檢測的比例已過一半，一些大型的復(fù)雜工件受檢比例更高。焊接件并不是每種都需要進(jìn)行檢驗的，但在必須受控的那些車身總成中，利用三坐標(biāo)測量機進(jìn)行檢查的比例甚至達(dá)到三分之二。用于生產(chǎn)過程中檢測的三坐標(biāo)測量系統(tǒng)事實上已成為工藝過程的一個組成部分。

三坐標(biāo)測量機的種類和特點

    目前，世界上為汽車行業(yè)車身檢測提供專業(yè)檢測方案的最知名廠家當(dāng)屬意大利DEA公司，并在推動汽車車身研究和“白車身”的尺寸檢測方面作出了突出貢獻(xiàn)。針對汽車車身檢測的應(yīng)用特點，DEA開發(fā)了適應(yīng)汽車檢測每個環(huán)節(jié)的各種設(shè)計，加之以針對鈑金件特征而設(shè)定的軟件功能，能夠為車身的開發(fā)、試制、部件/分總成/總成檢測、在線檢測以及質(zhì)量控制提供保障。

    常用的三坐標(biāo)測量機主要有水平臂測量機、活動橋式測量機和固定龍門型測量機。其中水平臂測量機又分雙水平臂和單水平臂兩種，主要用于對車身和大型鈑金件的測量，也可測中小件�；顒訕蚴綔y量機精度較高，主要用于對形狀復(fù)雜的薄壁工件，特別適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場對中小型沖壓件和焊接件進(jìn)行在線測量。固定龍門型測量機的精度高于水平臂測量機，主要用于如航空、汽車等細(xì)長件的測量。

水平臂式測量機

    可以配置手腕測座CW43L，這種測頭增加了兩個回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，并可以使用加長桿，最長可達(dá)800mm，這種形式的結(jié)構(gòu)能使測頭易于進(jìn)入工件的各個被測部位，包括車身骨架的內(nèi)部區(qū)域或各種鈑金件的底部甚至底部內(nèi)側(cè)，最多時控制系統(tǒng)可以操作10個坐標(biāo)的雙臂，同時可從兩側(cè)對工件進(jìn)行檢測，適用的工件如：車身、側(cè)圍等。根據(jù)測量任務(wù)的需要，承載平臺上可設(shè)置測頭庫，即可在檢驗一個復(fù)雜的工件過程中通過更換測頭，一次完成任務(wù)。

    雙水平臂測量機，如Bravo雙水平臂測量機（如圖1）的特點為：水平臂復(fù)合陶瓷材料高剛性結(jié)構(gòu)；Renishaw PH10 或 DEA CW43L手腕測座都可以安裝在測量軸上等。所有的測量軸可機動；軸向的運動由控制系統(tǒng)和測量軟件進(jìn)行管理；X和Y軸的移動部件在空氣軸承上運動，Z軸配置由機械導(dǎo)軌及空氣軸承組成的混合運動系統(tǒng)；所有各軸由直流電機驅(qū)動，Y及Z軸采用帶傳動，X軸采用齒輪齒條傳動；氣動控制的機械安全制動裝置實現(xiàn)中心滑架的自動鎖緊；光學(xué)光柵尺讀數(shù)頭編譯系統(tǒng)；可利用其寬范圍的附件及選項配置機器應(yīng)對特殊的應(yīng)用需求；開敞的水平臂結(jié)構(gòu)便于工件的裝卸操作；隨動罩使得更容易更安全地接近測量區(qū)域，并和外罩、防塵罩一起提供完全的內(nèi)部保護(hù)；在手動模式下，操作者通過操縱桿單元實現(xiàn)系統(tǒng)的控制；一組風(fēng)扇防止在測量機本體自身內(nèi)部發(fā)生溫度層化；通過軟件對機器幾何誤差進(jìn)行自動補償；Bravo NT既可安裝于地表以下也可安裝于地面上，配有溫度傳感器使控制系統(tǒng)能夠檢測并動態(tài)地補償溫度梯度引起的測量系統(tǒng)的變形。

活動橋式測量機

    如Brown & Sharpe集團的Global測量機（如圖2）。其特點包括：獨特的TRICISIONTM式（精密三角梁）橫梁設(shè)計，提供良好的剛性質(zhì)量比，輕合金橋架較傳統(tǒng)設(shè)計剛性提高25％，X向?qū)к壷匦慕档?0％從而保證了平穩(wěn)、精確的運動；移動橋上軸承跨距更寬，降低了由于橋架自轉(zhuǎn)而引起的誤差，從而保證了整機空間精度更高，降低了重復(fù)性誤差，提高了加速和減速性能，使測量效率更高；獲得專利的、經(jīng)過精密加工的整體燕尾型導(dǎo)軌，提高了機器的精度和重復(fù)性。非接觸式光柵尺避免了摩擦，裝配時一端固定，另一端可隨溫度變化而調(diào)整，光柵熱膨脹系數(shù)獲得PTB認(rèn)證。

    Global Image是一種集單點探測和模擬掃描技術(shù)為一體的高性能檢測設(shè)備，同時可配制接觸式和非接觸掃描測。基于新一代高穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，與溫度和精度補償系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合與優(yōu)化，加上先進(jìn)的算法，實現(xiàn)了高速、高精度模擬開環(huán)以及閉環(huán)掃描。獲有專利的快速探測模式中的指向、點擊和掃描技術(shù)，可把掃描測頭當(dāng)作觸發(fā)式測頭使用，而不會損失速度和精度。

檢測用柔性夾具

   傳統(tǒng)夾具做法是每次在測量零件以前，首先根據(jù)測量要求，制定各種定位及夾緊方案，接著就要制作一些夾具，然后按照既定方案，在三坐標(biāo)測量機的工作臺面上，把這些定位及夾緊裝置搭建起來，在此基礎(chǔ)上建立測量坐標(biāo)系后方可測量。這種傳統(tǒng)的做法存在交貨周期長、缺乏靈活性、更改費用高、儲存費用大等缺點。

    現(xiàn)代化大規(guī)模、多品種汽車生產(chǎn)要求的柔性夾具系統(tǒng)可用于任何測量機（懸臂或垂直臂）；而且它不需要與檢測設(shè)備有特殊的電氣和軟件的聯(lián)結(jié)。這類夾具系統(tǒng)維護(hù)方便，使用簡單。

    常用的柔性夾具系統(tǒng)有兩類，第一類是可編程的圓柱提升型，第二類是機械式模塊拼合型。在第一類中又有全自動和手動之分，而第二類也還有不同結(jié)構(gòu)形式。

全自動柔性裝夾系統(tǒng)

    以DEA生產(chǎn)的FIVE全自動柔性裝夾系統(tǒng)（如圖3）為例，其主體部分是一組圓柱體，內(nèi)充壓縮空氣，若打開氣閥，底部即形成氣墊，圓柱體能在平臺上輕快地移動，且高度可變，提升高度最大一種是500mm；頂端配以標(biāo)準(zhǔn)化的支撐，用以承載工件。在非工作狀態(tài)下，這些圓柱體整齊地置于坐標(biāo)測量機平臺的后部。該系統(tǒng)在運行時，借助FIVE完善的軟件和自動操作功能將圓柱體一個一個地移至平臺上的某個預(yù)先設(shè)定位置；當(dāng)圓柱體按確定的X、Y、Z坐標(biāo)停在平臺上的設(shè)定點后，測頭旁側(cè)的機械手開始向上，即沿Z軸移動，把圓柱體內(nèi)的活塞提升到規(guī)定的高度；通過執(zhí)行事先編制的程序，X、Y、Z坐標(biāo)就在坐標(biāo)測量機的測量空間建立了起來。只要針對不同的工件編制相應(yīng)的程序，F(xiàn)IVE系統(tǒng)就能滿足各種工件的支撐、裝夾要求，顯示了極大的靈活性，即柔性。

手動柔性裝夾系統(tǒng)

    FIVE自動系統(tǒng)也有明顯的不足，一是用戶投資偏大，二是盡管操作過程為全自動，但工作效率并不高。近年來推出手動柔性裝夾系統(tǒng)，類似于FIVE 系統(tǒng)，根據(jù)被測工件的不同情況先編制相應(yīng)的程序，測量機的測頭逐次進(jìn)入到指定點，操作人員則一次次把圓柱體人工移動到測頭下，再手動提升到對準(zhǔn)測量頭上的指定位置，然后裝上模塊化支撐夾頭，這種系統(tǒng)比全自動的夾具系統(tǒng)工作效率高，經(jīng)濟性也好。

上下料等輔助系統(tǒng)

    上下料系統(tǒng)包括傳送帶、地軌車及動力部分等。在測量機的前后安裝上下料系統(tǒng)，參照與裝配線的位置，上下料可在任一側(cè)進(jìn)行。這樣，把停機時間、即空運行時間減至最少，提高了工作效率。當(dāng)一個待測薄壁件在測量工位被檢測時，下一個薄壁件被裝在上料工位處的承載平臺上，而在測量循環(huán)完成后，該件就被自動移出測量區(qū)域，裝著新工件的第二個平臺被移入。根據(jù)測量任務(wù)的需要，承載平臺上還可設(shè)置測頭庫，既可在檢驗一個復(fù)雜的工件過程中通過更換測頭，一次完成任務(wù)。

通用測量軟件和專用測量軟件

    基本測量軟件是坐標(biāo)測量機必備的最小配置軟件。它負(fù)責(zé)完成整個測量系統(tǒng)的管理，包括探針校正、坐標(biāo)系的建立與轉(zhuǎn)換、輸入輸出管理、基本幾何要素的尺寸與形位公差評價以及元素構(gòu)成基本功能。（形位公差包括：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度、平行度、垂直度、傾斜度、位置度、同軸（心）度、對稱度、圓跳動、全跳動）

    專用測量軟件是針對某種具有特定用途的零部件測量問題而開發(fā)的軟件，如：齒輪、螺紋、自由曲線和自由曲面等。一般還有一些附屬軟件模塊，如：統(tǒng)計分析、誤差檢測、補償、CAD等。

    先進(jìn)的計量和檢測軟件可為計量需要提供完美的的解決方案，是高效正確完成檢測功能的關(guān)鍵因素。如PC-DMIS測量軟件操作界面簡潔，可以指導(dǎo)使用者進(jìn)行零件編程、參數(shù)設(shè)置和工件檢測；同時，其一體化的圖形功能，能夠?qū)�檢測數(shù)據(jù)生成可視化的圖形報告；還可以移植傳統(tǒng)的測量軟件，并提供捆綁方案如MM4、TUTOR等軟件。此外還包括各種鈑金件和塑料玻璃和管件的全套測量程序，以及自動尋找測量元素、實時三維測頭補償、自動補償變形工件的表面位置和方向等；對鈑金件和變形大的工件的孔搜尋功能，即控制測量機在理論孔中心附近區(qū)域?qū)ふ規(guī)追N有效的幾何形狀，具備了智能化的特征。該軟件還具備強大的CAD圖形功能，允許用戶采用三維CAD數(shù)據(jù)，脫機或者聯(lián)機生成工件檢測程序，同時完成圖形化工件模型和探測路徑的模擬，生成計算機數(shù)模完成逆向工程。