基于激光在線測量的白車身尺寸控制應用

秦成輝

摘 要：隨著汽車制造業不斷發展，整車質量的保證對制造一致性控制提出了更高要求，而車身尺寸穩定性是影響裝配質量的基礎。白車身在線測量作為國際汽車業通用的控制車身尺寸波動的關鍵測量手段，在整車質量控制體系中的應用開始普及。本文針對在線測量系統，從技術實現方案、報警運行機制和尺寸控制應用實踐三個方面進行分析，對其在白車身尺寸控制領域的應用提供了可借鑒的思路。

關鍵詞：激光在線測量;柔性定位;白車身;報警運行機制;尺寸控制應用

1 前言

汽車車身裝配[1]尺寸偏差是影響車身制造質量的重要因素，而導致白車身尺寸偏差的因素有很多，例如：原材料質量、工人操作、零件裝夾方式、焊接、定位方式和定位銷的磨損等。非接觸式光學測量機[2]的出現，使車身制造的在線測量成為現實。在線測量技術為車身制造過程提供100%的、實時的質量檢測數據，而且還為監視工藝裝備的工作狀況、預測可能故障提供了現實基礎。

2 激光在線測量系統介紹

2.1實現方案

現有的白車身在線測量系統，按照視覺傳感器固定方式，可細分為架承式系統和機器人式系統。架承式系統又稱檢測隧道，將一組傳感器按測點位置分布固定在桁架上，實現對所有測點的同時檢測，具有極快的檢測速度如圖1所示。但是，由于測點位置固定，因此架承式系統難以適應多車型柔性生產線的檢測;又由于每個測點對應一個傳感器，因此架承式系統傳感器數量大，成本高。機器人式系統將傳感器固定在機器人末端，構成一個可運動的檢測子系統，再由2～4個子系統構成在線測量系統，如圖2所示。相比之下，機器人式系統柔性高、傳感器數量少。

本系統采用的是一種擺動式線激光視覺測量傳感器。該傳感器基于激光掃描測量原理，機器人攜測頭到最佳測量位置后，激光可自行擺動掃描待 測裝配特征，解決了掃描過程中引入機器人運動誤差的問題。結合傳感器智能在線標定數據、運用裝配特征光刀點云智能提取算法及參數計算方法，最終實現了對白 車身裝配特征的自動、精確、快速、智能的在線測量，如圖3所示。

2.2 系統組成和技術特點

在線測量系統由定位系統（可變）、線激光測量（LaserScan）系統、測量數據綜合分析（MDIA）系統三大部分組成，如圖4所示。主要技術特點如下：

線激光擺動式視覺傳感器技術。通過激光線掃描被測特征，提取被測特征 參數;對環境光魯棒性強，對測量位置無特殊要求;有利于提升測點初始化效率，保證日常測量的可靠性。

基于無冗余參數的全局運動學模型的標定技術。在提高參數辨識精度的同 時顯著減少參數辨識的時間;在機器人磨損、溫度變化、視覺傳感器更換情況下均能對在線測量系統進行有效的補償，從而提高測量精度。

基于柔性定位機器人的定位技術。能夠快速實現不同平臺車型的切換;對異常載荷能夠快速響應并報警，保護測量系統。

基于MDIA軟件的大數據綜合處理技術。數據儲存與報警分離，報警程 序不影響數據的采集和傳輸;單點與多點結合的綜合報警方法;報警規則相互獨立、可定制、可開閉、報警結果自動生成報告。

3 在線測量報警運行機制

3.1 報警規則

針對白車身尺寸控制要求和測點數據變異的特點，制定了三級報警規則，報警級別一級最高、三級最低，如表1所示。一級報警主要反應重要總成或白車身整體的變異;二級報警反應某個零件的變異趨勢;三級報警反應單臺變異。

3.2 報警運行機制

根據各部門職責和問題解決流程，質量部門收到系統數據變異報警后，著重區分是否為批量問題。如果確認為批量問題，直接反饋尺寸質量主管介入，根據生產情況組織排查分析，制定并實施整改措施。如果為單臺數據變異報警，則將故障車做離線分析處理，如圖5所示。

4 尺寸控制應用

4.1 縮短變異發現時間

在線測量系統對車身主要工裝定位點的監控，能快速發現工裝變異，縮短原離線測量變異再確認的時間，加快了工裝變異點查找、判定、改進。應用案例：在線測量監控連續報警CN201M車型 C線左側圍定位孔CPM（11Y03L）-Z 向變異，Z+3.0mm，如圖6所示。利用停線時間對主夾具NC進行檢查，發現是NC到位軌跡異常，立即對NC進行了修復及調整，數據恢復原狀態。在線測量系統的使用，數據變異及采取行動的周期由7天縮短為8小時。

4.2 縮短工裝改進效果確認時間

通過在線測量數據能快速反應出工裝改進的效果，從而加快工裝進一步調整/鎖定的進度。應用案例：CN201M 車型C線對主夾具前門框下部Z向支撐增加接觸面，以提高Z向穩定性工裝更改實施后，在線測量數據快速反饋出Z向過程能力得到明顯提升，當天根據結果整車鎖定了工裝更改方案，如圖7所示。工裝改進確認周期由離線CMM的14天縮短為1天，提升了問題解決效率。

4.3 工裝對比分析

通過大量數據統計分析可對比不同工裝，從而指導工裝的優化方向。應用案例：車身車間C線和D線均可生產CN201M車型，但白車身尺寸狀態存在較大差異。原來的工裝方案的優劣主要依賴于理論的分析、經驗、及CMM少量的數據對比，無法確定優化方向。通過在線測量運用，對多個點、大量的數據對比，確定CN201M C線的主夾具定位方式穩定性要低于CN201M D線的主夾具定位方式，根據對比具體工裝的差異，優化C線Z向定位方式，如圖8所示。

5 總結

本文介紹了一種擺動式線激光在線測量系統，針對在線測量系統在白車身尺寸控制領域的應用做了研究和實踐，著重介紹了其報警運行機制及多個應用實例。希望能對在線測量系統在白車身尺寸控制領域的發展應用提供一些思路和參考。

參考文獻：

[1]陳家起，羅虹，張偉.汽車車身制造工藝學[M]重慶大學出版社，1993.

[2]安衛. 國外三坐標測量機技術發展動態[J]航空精密制造技術，1996，32（4）：37～40.