在線測量技術(shù)在車身焊接領(lǐng)域的運用

    上海大眾在途安、明銳車身生產(chǎn)線上，首次引入了ISRA技術(shù)。該套技術(shù)的應用，一方面能及時、有效地反映車身關(guān)鍵點尺寸波動情況，控制車身尺寸；另一方面，通過在線沖孔或切割，能有效地消除拼焊過程產(chǎn)生的累積誤差，保證總裝前圍模塊和尾燈區(qū)域零件間的匹配效果。

傳統(tǒng)的車身車間是沖壓單件依靠焊接夾具定位,通過點焊、釬焊、激光焊、沖鉚等工藝，焊接成為分總成、車身骨架總成，安裝4門兩蓋成為完整的白車身總成。車身尺寸控制主要采用離線樣架手工測量、三坐標測量，即抽樣檢查。其缺點是數(shù)據(jù)量少，反映問題滯后，且無法消除累積誤差對車身尺寸的影響，不利于整車裝配精度的提高。目前，許多企業(yè)在多年的汽車生產(chǎn)過程中，積累了大量的手工測量數(shù)據(jù)，卻無法通過利用這些數(shù)據(jù)，對后續(xù)裝配質(zhì)量控制進行干涉和指導。

如今，在汽車工業(yè)發(fā)達的國家，在線測量技術(shù)正在被廣泛運用到車身焊接中。但一方面，在線測量設(shè)備價格昂貴，車身生產(chǎn)線如果采用在線測量技術(shù)，勢必要一次性增加許多投資；另一方面，單獨應用在線測量技術(shù)，僅能反應誤差累積情況，卻不能進行干涉。因此，我國汽車制造廠大都采用離線檢測。

上海大眾在途安、明銳車身生產(chǎn)線上，首次引入了ISRA技術(shù)，并將車身在線測量、沖孔、切割技術(shù)相結(jié)合，作為一個技術(shù)整體，應用到車身制造中。該套技術(shù)的應用，一方面能及時、有效地反映車身關(guān)鍵點尺寸波動情況，控制車身尺寸；另一方面，通過在線沖孔或切割，能有效地消除拼焊過程產(chǎn)生的累積誤差，保證總裝前圍模塊和尾燈區(qū)域零件間的匹配效果。事實證明，該套技術(shù)的使用有效地提高了途安、明銳整車零件裝配精度，確保了整車裝配質(zhì)量和美觀性。根據(jù)上海大眾AUDIT（用挑剔用戶的眼光檢查我們的整車質(zhì)量）檢查結(jié)果分析，在沒有使用ISRA技術(shù)的車型上，前圍模塊和尾燈區(qū)域的匹配抱怨率達到15%；而在使用上述技術(shù)的這兩種車型上，AUDIT 抱怨率僅為5%。從經(jīng)濟性上來分析，由于上海大眾已經(jīng)實現(xiàn)同一平臺各種車型混線生產(chǎn)，因此只要投資一次，即可為同一平臺的后續(xù)多種車型實現(xiàn)車身累積誤差最小化的目標。目前，國內(nèi)幾乎所有汽車制造企業(yè)都已實現(xiàn)車型混線生產(chǎn)，因此無論從經(jīng)濟性，還是裝配質(zhì)量考慮，該項技術(shù)都具有較好的推廣價值。

從具體技術(shù)實施上來說，上海大眾途安和明銳兩種車型的車身混線生產(chǎn)上，是通過兩套程序切換，來實現(xiàn)ISRA車身在線測量、沖孔和激光切割，從而實現(xiàn)了一次投入，多次使用的目的。因此，ISRA技術(shù)在上海大眾的運用，既解決了在線測量柔性差、投資昂貴等缺點，又彌補了離線測量數(shù)據(jù)量少、反映問題滯后等問題，是ISRA技術(shù)在國內(nèi)轎車生產(chǎn)領(lǐng)域得以良好應用的典型例子。在此，筆者將從ISRA技術(shù)的工作原理、應用實例等方面，來簡單介紹ISRA技術(shù)在上海大眾車身車間的具體運用。

ISRA在線測量技術(shù)作為一個固定式測量系統(tǒng)，用照相機作為一個基本測量工具，它利用一對照相機形成一個立體傳感器，類似于人類的雙眼，形成了一個立體交叉的圖像，從而計算出被測量點在照相機坐標系中的位置。整個在線測量系統(tǒng)運用多對照相機，它們所測得的被測點位置，匯集到車身坐標系，從而完成立體測量。ISRA系統(tǒng)的工作原理主要建立在攝像機模型和立體視覺傳感器三維測量模型的基礎(chǔ)上。為了得到被測點在車身定位坐標系中的坐標，需要以標準坐標系為中介，把被測點在照相機坐標系中的坐標轉(zhuǎn)換到被測點在車身定位坐標系中，這就需要把照相機坐標系、車身定位坐標系與標準坐標系統(tǒng)一起來，稱為坐標統(tǒng)一法。下面，讓我們具體看一下ISRA技術(shù)的工作原理。

1. 建立特征點識別或邊緣識別

ISRA技術(shù)首先要求建立測量特征點或識別邊緣。如在途安/ 明銳車身焊接過程中，我們將后保險杠裝配孔確定為測量點，將與尾燈匹配的側(cè)圍邊緣確定為識別邊緣或稱測量邊緣（如圖1）。

圖1  建立特征點識別或邊緣識別

2. 從這些識別中選擇最適合的位置，特征點或邊緣

（1）如選擇點位測量則傳感單元由一對相機和一個照明設(shè)備組成；

（2）如選擇邊緣測量傳感單元由一對相機和一個照明設(shè)備組成（照明設(shè)備為長條狀照射單元－窄光）。由適應性電路控制單元負責燈光的開閉以及光線的強弱，照明單元帶變壓器，PLC可編程控制器，遙控設(shè)備－工業(yè)機器人，通信－VIA威盛可編程控制器。

3. 根據(jù)零位進行相關(guān)測量

每個特征使用2臺相機測量，上海大眾采用VIAMES"系統(tǒng)，由相機、光源、條狀光源、校準臺、工業(yè)用電腦及其操作單元組成，光感電子元件矩陣CCD相機，每4臺相機的圖像信息由一個框架集成器控制處理，包括電力供應和快門控制。每8臺相機由一個CAMTRIG控制，在三維空間內(nèi)進行3次移動和3次旋轉(zhuǎn)的測量。VIAMES實行類型管理，類型、子類型、色彩類型由控制器送至VIAMES以開始一次測量，VIAMES接受并執(zhí)行遙控設(shè)備的指令（Robot/PLC）。

4. 獲取影像

依靠校準相機位置處在同一參考坐標系統(tǒng)之中（如圖2）。

圖2   校準相機位置處在同一參考坐標系統(tǒng)中

5. 測量模式

2臺照相機對同一特征（點或邊緣）攝像，由VIAMES對圖像進行解析，計算出實際位置與車體零坐標位置的相對偏離。

ISRA是高效、可靠的質(zhì)量保證智能識別系統(tǒng)。通過ISRA智能識別系統(tǒng)能保證車身局部區(qū)域相對裝配位置（特征點或特征邊緣到裝配孔之間的空間距離）的一致和穩(wěn)定。

下面通過兩個應用實例的說明，來加深大家對ISRA工作原理的了解。一個是ISRA技術(shù)在途安/明銳尾燈裝配孔沖孔中的應用，另一個是ISRA技術(shù)在Schotteplatte（前圍防撞支架）工位的應用。

實例一：長期以來，由于車身尾燈安裝孔尺寸不穩(wěn)定、累計誤差等因素，影響了尾燈與側(cè)圍，尾燈與后保險杠的匹配。采用ISRA在線測量技術(shù)，就是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，并自動調(diào)整機器人沖孔坐標，完成在線沖孔，確保沖孔位置準確穩(wěn)定，保證尾燈、后保險杠的裝配精度。

從圖3我們可以清楚地看到，如果不帶ISRA在線測量和沖孔生產(chǎn)的車身總成，其測量點HL3149P（尾燈裝配孔）、HL3135P（側(cè)圍邊緣）Y向尺寸發(fā)生波動，其相關(guān)的功能尺寸ZL1076F也將發(fā)生波動，直接影響尾燈和側(cè)圍的裝配質(zhì)量。

圖3  未帶ISRA在線測量和沖孔生產(chǎn)的車身總成 

如圖4所示，尾燈裝配孔的沖孔位置(HL1015P)根據(jù)特征邊緣測量點（HL1180P）實際測量型面形成數(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自動調(diào)整機器人坐標完成在線沖孔。這樣，其相對匹配點功能尺寸（HL1005F）一定穩(wěn)定在要求公差范圍內(nèi)，保證了尾燈與側(cè)圍外板Y向的匹配質(zhì)量。

圖4  采用ISRA在線測量技術(shù)完成在線沖孔

實例二：同樣的技術(shù)運用在途安/明銳的Schotteplatte（前圍防撞支架）工位。

目前，大多汽車制造企業(yè)在總裝車間實行模塊化裝配，其優(yōu)點是可以降低加工深度、減少投資、提高勞動生產(chǎn)率等，但模塊裝配的可調(diào)范圍小，通過后續(xù)調(diào)整相對比較困難。這就要求車身各裝配點、面功能尺寸可控、穩(wěn)定，但由于車身制造工藝、沖壓件質(zhì)量、工裝夾具定位等原因積累誤差一定存在，也必然會影響整車裝配質(zhì)量。ISRA智能識別系統(tǒng)在前縱梁防撞支架焊接前的運用，使前圍模塊的裝配質(zhì)量得到了真正意義上的保證。

首先，在前縱梁沖壓單件上預留一定的長度，在Schotteplatte工位采用ISRA在線測量技術(shù)，通過與建立的數(shù)學模型的對比，對前縱梁進行在線激光切割、Schotteplatte激光焊接，保證了前大燈與前翼子板、前保險杠的匹配質(zhì)量。

從以上兩個實例可以看到，通過ISRA技術(shù)的應用，上海大眾解決了長期以來困擾車身焊接技術(shù)人員的一個難題——即因車身拼焊累積誤差而導致的總裝車間前后模塊（前模塊：前大燈，前翼子板，前保險杠；后模塊：尾燈，后保險杠）的安裝精度存在不規(guī)律的上下波動問題。

目前，ISRA技術(shù)在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域中的應用還處于起步階段，但就目前應用的效果來看，該項技術(shù)彌補了離線檢測數(shù)據(jù)匱乏的缺陷，實現(xiàn)了離線檢測條件下裝配誤差源的快速診斷，從而大幅度提高了制造質(zhì)量診斷的效率和準確率，并為快速糾正誤差提供了保證。隨著ISRA（在線測量技術(shù)）技術(shù)的逐步成熟，以及它在車身焊接中的推廣使用，車身骨架總成積累誤差最小化已成為現(xiàn)實。