三維掃描技術在汽車發動機裝配線的應用

馬剛

摘要：通過掃描的方式獲取事物的三維信息，再將獲取的信息轉化成數字信號，將數字信號再交由電子計算機直接進行處理的技術被稱為三維掃描技術，這種掃描方式不僅掃描精讀非常高，而且掃描速度也非常快。三維掃描技術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原理，對其在汽車發動機裝配領域的創新應用進行探討。

關鍵詞：配置線;汽車發動機;三維掃描;應用

三維掃描曾被用于逆向工程的設計以及建筑物測量等領域，其本身屬于視覺技術應用范疇，具有非常明顯的掃描速度快、掃面準確度高、應用范圍廣等諸多有點[1] 。隨著科技的不斷發展，三維數字化技術逐漸趨于成熟，在當今社會的各個領域中都可以看到，三維數字化信息以各種不同的特色和風貌存在。三維掃描儀是將檢測物體的彩色信息通過掃描的方式進行獲取，然后再將獲取后的立體彩色信息轉化為三維的數字模型，最后再通過計算機直接進行處理的一種數字化儀器。由于通過三維掃描儀而提取出來的圖像信息，使用柔性非常高，且具有極高的精確性，因此往往可以規避很多由于制作過程所產生的缺陷問題。現如今，很多的發動機裝配線人工視覺的監測方式逐漸被三維掃描技術所取代，其不僅可以規避很多缺陷，還可以很大程度的節約人力成本。

一、三維掃描儀的原理

（一）三維掃描儀的簡介

三維掃描儀即3D scanner，是采用三維掃描技術的一種新型電子設備，其能夠根據測量的實際需求對測量范圍進行有效調整，大到對整輛車的檢測，小到對一顆螺絲釘的檢測，三維掃描儀都可以完美勝任，同時還具有非常明顯的掃描速度快、精讀高的絕對優勢[2] 。其檢測原理為：通過將現實物體的外觀數據與表面特征進行掃描，再連接計算機將獲取的信息自動生成物體的三維模型，這時就可以將原三維模型與實際測量出來的三維模型進行對比，以此來實現利用三維掃描儀對不同零件的進行自動檢測。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用。

（二）三維掃描儀的內部結構

三維掃描儀主要有兩種類型，即非接觸式和接觸式，本文主要對非接觸式掃描儀進行相關的介紹[3] 。相對于接觸式掃描儀來說，非接觸式有著具有更加高柔性的絕對優勢。在檢測過程中，非接觸式三維掃描儀可以在不需要接觸零件表面的基礎上進行測量，這樣一來就可以有效避免對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、計算機、兩個工業級別的CCD相機以及圖像采集卡。

二、在發動機裝配線中應用三維掃描儀

大多數的汽車發動機裝配線都是通過CCD相機或者目視檢查的方式對零件進行檢測的，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的最終結果。如果是在大批量的生產過程中，目視檢查方式很難確保產品的合格率以及生產能力。而采用CCD相機檢測的方式只能對零件的二維平面進行檢測，零件的整體狀態并不能充分的反映出來，因此也很容易發生誤判的情況。

三維掃描儀這種全新的檢測方式是通過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化為數字信號，這樣一來就可以方便計算機直接對掃描到的數字信號進行處理。不僅如此，其在獲取零件信息時無需接觸零件表面，獲取信息的精度高，且用時非常短。如果需要對發送機配置線中已經裝配完成的部件進行檢查，可以利用三維掃描儀對其進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設的標準三維圖像進行全方位的比較，判斷其是否合格。一旦發現采集到的三維圖像與預設圖形不一致，HMI面板就只直接顯示零件不合格，或者設備會發出警報的信號，這時擋停會對不合格零件實施自行放行，直至將問題零件送到返修的工位。待返修人員將問題零件進行返修并重新上線進行檢測，檢測合格后才能夠進行下一步操作，這樣一來就很大程度上保證了最終裝配的質量。

（一）在發動機活塞銷卡環節監測的應用

汽車發動機在其運行過程中，由于機油的燃燒會在發動機燃燒室產生巨大的高壓高溫氣體，這些氣體會直接作用于活塞的頂部，然后再通過發動機內的活塞銷孔不斷地向連桿傳送力矩。為了保證在發動機運行的過程中，活塞銷不會發生竄動，在對活塞進行分裝時，首先需要做的就是將活塞銷裝入活塞孔中，然后還需要將活塞銷卡環按要求安裝在鎖環槽內。傳統的檢測活塞安裝是否出錯的方式有二維拍照檢測或者直接使用接觸式測量，但是由于活塞的裝配環境非常的變幻無常而且很復雜，因此這種傳統的試錯方式很難保證完全識別所有的裝配錯誤問題。

采用三維掃描技術檢測活塞時，三維掃描儀可以在活塞卡簧的安裝部位投射光線，這時兩臺CCD相機可以在該部位同步進行拍照，將圖像采取后在通過頭像采集卡對圖像進行處理，最后再與標準安裝視圖進行全方位對比。這樣一來就可以有效解決活塞的配置問題，最終保證配置質量。

（二）在發動機裝配技術中的潛在應用

1.對涂膠軌跡的檢測

通常情況下，發動機在涂膠的過程中，要求涂膠要連續且均勻，不得出現斷膠的情況，因此絞線在涂抹時要盡量避開螺栓孔的位置[4] 。對于不同類型的發動機，其對膠寬的要求也有所不同，一旦出現發動機涂膠失效的情況，發動機將會陸續出現一系列的質量問題。三維掃描技術可以利用三維成像的原理對膠高、膠體位置、膠高以及橫截面積進行全方位的測量，而且還可以對完成涂膠的全過程進行檢測，即使在涂膠過程中出現黑底黑膠的情況，三維掃描儀依然可以準確的測出涂膠的質量。

2.對氣門鎖夾的檢測

一旦氣門鎖夾的裝配失效，各種質量問題都會反映出來，比如：發動機漏氣、氣門鎖夾混裝、由于安裝不到位導致發動機氣門卡死等。三維掃描技術在檢測氣門鎖夾的安裝情況時，可以實現在線全自動的檢測。利用三維掃描技術對氣門鎖夾、彈簧座、缸蓋進氣側氣門、缸蓋排氣側氣門等進行掃描，再將掃描到的圖像與標準圖像進行對比就可以了解每一個相關零件的誤差情況，最終可判斷氣門鎖夾的裝配質量和效果。利用三維掃描技術進行檢測，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量問題。

結語

綜上所述，在汽車發動機的裝配檢測中，三維掃描儀作為一種新型的檢測技術，其不僅可以呈現出被檢測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零件是否合格，如此便可以很大程度提的高發動機配置線中的生產效率，同時也保證了最終的裝配質量。

參考文獻：

[1] ]賈燦燦，趙琴音，吳戈.三維激光掃描技術在礦產資源儲量動態監測中的應用[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2016，18（04）：15-17

[2] 韓達光，秦國成，周銀，等.基于BIM和三維激光掃描在基坑監測中的應用[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2019，38（6）：72-76，102.

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

[4] 馬萬里，莫燕，韋淇山.三維掃描技術在汽車發動機裝配線的應用[J].裝備制造技術，2018，（2）：149-152.

（作者單位：遼寧省交通高等專科學校）