汽車沖壓件數(shù)字化智能測(cè)量技術(shù)方案的探討

文/葉立淵，吳海，苑永強(qiáng)，王耐·北汽（常州）汽車有限公司

我們通過技術(shù)調(diào)研了解到各主機(jī)廠在測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用上存在較大差異。較多的乘用車和商用車主機(jī)廠大多仍在使用較為落后的檢具手工測(cè)量技術(shù)。只有一部分合資和主流自主品牌車企引入了更加先進(jìn)的藍(lán)光智能測(cè)量技術(shù)。檢具手工測(cè)量技術(shù)與三坐標(biāo)及藍(lán)光測(cè)量技術(shù)相比，存在主觀性強(qiáng)、測(cè)量精度和一致性差、缺陷趨勢(shì)分析困難以及車身匹配難以開展等方面的問題。為了從根本上解決以上問題，我們策劃了針對(duì)自制沖壓件的智能數(shù)字化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用方案。

三種測(cè)量技術(shù)說明

檢具手工測(cè)量技術(shù)

傳統(tǒng)的人工測(cè)量技術(shù)，將沖壓件置于檢具上，進(jìn)行定位和夾緊，使用間隙尺、卡尺、鋼板尺等工具實(shí)施人工檢測(cè)(面差、間隙、孔值)、人工讀取、人工填寫在沖壓件檢測(cè)表上，而后再錄入電子檔，實(shí)施人工分析。存在人工耗時(shí)大、效率低、易出錯(cuò)等問題，容易出現(xiàn)不同的檢測(cè)員測(cè)量的數(shù)值存在差異，主觀判斷的問題。

三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

通過三坐標(biāo)設(shè)備實(shí)施測(cè)量，其測(cè)量精度可以達(dá)到0.02mm/m，具有測(cè)量精度高，測(cè)量數(shù)值直觀呈現(xiàn)(直接顯示測(cè)量點(diǎn)的合格/不合格，偏差數(shù)值)，測(cè)量效率較高。

藍(lán)光測(cè)量技術(shù)

藍(lán)光測(cè)量報(bào)告3D 點(diǎn)云直觀圖示，可體現(xiàn)沖壓零件整體尺寸偏差走向趨勢(shì)，數(shù)值直觀體現(xiàn)，分析快捷，效率特別高的優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)光測(cè)量技術(shù)整體要優(yōu)于三坐標(biāo)測(cè)量和檢具手工測(cè)量，并且藍(lán)光測(cè)量精度穩(wěn)定可靠，滿足測(cè)量要求，可供多車型沖壓件的測(cè)量，具有人員投入少，效率特別高的優(yōu)點(diǎn)。便于實(shí)現(xiàn)沖壓件尺寸一致性的監(jiān)控，并且測(cè)量數(shù)據(jù)可與數(shù)據(jù)源進(jìn)行比對(duì)和存儲(chǔ)，識(shí)別相關(guān)缺陷及趨勢(shì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)可追溯性，便于問題的提出和改進(jìn)。

三種測(cè)量技術(shù)精度、效率、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

檢具手工測(cè)量技術(shù)

⑴測(cè)量誤差0.3mm 左右；

⑵測(cè)量范圍，部分型面/料邊偏差和孔合格/不合格判定；

⑶優(yōu)點(diǎn)：模具調(diào)試階段，可以在線檢測(cè)；

⑷缺點(diǎn)：人工檢測(cè)(圖1)，讀數(shù)存在誤差并且測(cè)量精度分辨率較低，需手動(dòng)填寫測(cè)量報(bào)告，容易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)趨勢(shì)性分析及可追溯性差。

三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

⑴測(cè)量誤差0.02mm/m；

⑵測(cè)量范圍，全尺寸測(cè)點(diǎn)均可測(cè)量；

圖1 檢具測(cè)量

⑶優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高；三坐標(biāo)設(shè)備可供多個(gè)車型共用；

⑷缺點(diǎn)：三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備對(duì)環(huán)境要求高，需新建封閉的三坐標(biāo)測(cè)量間，恒溫、恒濕，獨(dú)立的地基，動(dòng)能和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)比較高；三坐標(biāo)采用單點(diǎn)測(cè)量模式，測(cè)量效率較低；采用單工位模式，測(cè)量和上下料工作按順序進(jìn)行，需要頻繁更換支架。雙懸臂測(cè)量機(jī)如圖2 所示，可以自動(dòng)輸出測(cè)量報(bào)告如圖3 所示。

圖2 雙懸臂測(cè)量機(jī)

圖3 自動(dòng)輸出測(cè)量報(bào)告

藍(lán)光智能測(cè)量技術(shù)

⑴測(cè)量誤差0.05mm/m(單臂)、0.07mm/m (雙臂)；

⑵測(cè)量范圍，所有檢測(cè)要素均可測(cè)量；

⑶優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性好，無需獨(dú)立地基，可定置在車間生產(chǎn)線旁的非封閉區(qū)域；效率高，測(cè)量速度快，報(bào)告自動(dòng)生成，以側(cè)圍為例，測(cè)量效率約為傳統(tǒng)雙懸臂三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的4 倍；采用多工位模式，測(cè)量和上下料工作可同時(shí)進(jìn)行，基本不需要更換測(cè)量支架；可測(cè)量零件整體變化趨勢(shì)，更有利于匹配、分析問題，藍(lán)光掃描工作平臺(tái)如圖4 所示；對(duì)環(huán)境要求低，測(cè)量間投資及動(dòng)能維護(hù)費(fèi)用較小，藍(lán)光掃描工作區(qū)域如圖5 所示；設(shè)備可多車型共用，測(cè)量支架可利舊改造，利舊率高。

圖4 藍(lán)光掃描工作平臺(tái)

圖5 藍(lán)光掃描工作區(qū)域12m×9m×2.2m

⑷缺點(diǎn)：行業(yè)內(nèi)具備該項(xiàng)技能的專業(yè)測(cè)量人員較少，需要培訓(xùn)藍(lán)光檢測(cè)系統(tǒng)編程和檢測(cè)技術(shù)。

根據(jù)公司實(shí)際情況，得出以下結(jié)論：三種測(cè)量技術(shù)都能滿足測(cè)量精度要求。但是使用藍(lán)光智能掃描測(cè)量技術(shù)在占用面積、成本、測(cè)量效率以及便捷和可操作性方面更優(yōu)，是汽車行業(yè)內(nèi)沖壓件測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。

藍(lán)光智能掃描技術(shù)在新車型沖壓件中的應(yīng)用

新車型項(xiàng)目應(yīng)用場(chǎng)景

通過開發(fā)測(cè)量支架配合使用三坐標(biāo)和藍(lán)光測(cè)量技術(shù)來完成沖壓件的檢測(cè)工作。

⑴在模具提樣階段，開發(fā)測(cè)量支架配合三坐標(biāo)測(cè)量來實(shí)施沖壓件檢測(cè)；

⑵在模具回廠調(diào)試階段和量產(chǎn)階段，均使用藍(lán)光測(cè)量技術(shù)為主和三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)為輔的測(cè)量技術(shù)。

在新車型項(xiàng)目中應(yīng)用的步驟

⑴離線編程。軟件中構(gòu)建虛擬化測(cè)量系統(tǒng)，相機(jī)虛擬視圖實(shí)時(shí)顯示工件及測(cè)點(diǎn)位置分布，通過三維交互操作規(guī)劃測(cè)量路徑，內(nèi)置干涉碰撞模擬功能，根據(jù)工位布局自動(dòng)優(yōu)化無碰撞的機(jī)器人運(yùn)行軌跡。

⑵攝影測(cè)量。軟件內(nèi)置攝影測(cè)量模塊，配合自動(dòng)攝影測(cè)量相機(jī)，一鍵自動(dòng)生成參考點(diǎn)精確位置，直接用于點(diǎn)云拼接，消除測(cè)量累計(jì)誤差。

⑶三維掃描。掃描過程中實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果：三維視圖實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡、產(chǎn)品數(shù)模與三維點(diǎn)云。

⑷特征測(cè)量。具備孔位、孔距、輪廓、棱線、修邊線、圓柱、球體等幾何特征精確測(cè)量和識(shí)別功能。針對(duì)孔類、修邊線等難測(cè)量特征，采用點(diǎn)云與圖像結(jié)合的方法，保證測(cè)量精度。

⑸尺寸偏差分析。三維交互視圖直觀查看測(cè)量結(jié)果，以針圖標(biāo)簽形式顯示各矢量方向偏差，能夠輸出可定制格式的DMO 文件，兼容Piweb/InfoMess/CM4D 等數(shù)據(jù)分析軟件，創(chuàng)建測(cè)量報(bào)告。

⑹報(bào)告輸出。測(cè)量報(bào)告可快捷自動(dòng)輸出，不需要人員手動(dòng)抄錄填寫，如圖6 所示。有特征偏差、功能尺寸、GD&T 截面分析、色差圖、合格率、Cp/Cpk、對(duì)比分析、均值及極差、統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)圖、計(jì)算平均件等。

圖6 藍(lán)光掃描測(cè)量報(bào)告

老車型項(xiàng)目沖壓件檢具智能測(cè)量改造和應(yīng)用

改造注意事項(xiàng)

⑴需要對(duì)在產(chǎn)車型檢具進(jìn)行智能測(cè)量改造，檢具改造數(shù)量多(每個(gè)車型24 組制件，36 套檢具)，工作量大，周期較長(zhǎng)(大約需要2 ～3 個(gè)月)；

⑵根據(jù)產(chǎn)能計(jì)劃，提前做好沖壓零件建儲(chǔ)，保證生產(chǎn)前提下，制定詳細(xì)的改造計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案，確保計(jì)劃準(zhǔn)確執(zhí)行。

改造實(shí)施步驟

⑴確定改造檢具清單，及相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置；

⑵在測(cè)點(diǎn)位置加裝測(cè)量芯片；

⑶對(duì)加裝測(cè)量芯片的檢具進(jìn)行精度測(cè)量，合格后交付使用，改造后的檢具如圖7 所示。

改造后的檢測(cè)步驟

藍(lán)光智能測(cè)量?jī)x通過數(shù)據(jù)傳輸端口直接連接平板電腦，打開智能測(cè)量軟件(圖8)，藍(lán)光測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)歸零并自動(dòng)調(diào)出相應(yīng)的檢具測(cè)量界面(圖9)，進(jìn)行Gap、Flush 同時(shí)測(cè)量且重復(fù)性精度≤0.05mm，測(cè)量數(shù)值自動(dòng)輸入平板電腦并保存，也可通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)椒?wù)器或云端，如圖10 所示。

圖7 量產(chǎn)車型沖壓檢具改造

圖8 智能測(cè)量軟件

圖9 檢具測(cè)量界面

圖10 自動(dòng)輸出測(cè)量數(shù)值

改造后的優(yōu)點(diǎn)

⑴數(shù)據(jù)采集：Gap、Flush 同時(shí)測(cè)量且重復(fù)性精度≤0.05mm；

⑵數(shù)據(jù)整理：自動(dòng)輸入、智能判定是否合格、準(zhǔn)確性好、效率高；

⑶數(shù)據(jù)分析：不受主觀影響、快速準(zhǔn)確、效率高；

⑷數(shù)據(jù)追溯：集中管理永久保存、自動(dòng)搜索、追溯方便(可存儲(chǔ)6 萬套檢具測(cè)量數(shù)據(jù)，并上傳到云端，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失)。

結(jié)束語

通過對(duì)現(xiàn)有量產(chǎn)車型沖壓件檢具的數(shù)字化改造和新項(xiàng)目車型藍(lán)光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，可以大幅提高測(cè)量效率和測(cè)量精確性，便于數(shù)據(jù)的整理、分析和追溯，效果較好。藍(lán)光智能測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用范圍較廣，不僅可用于沖壓件和焊裝總成件的在線檢測(cè)，而且可應(yīng)用于涂裝的自動(dòng)涂膠工位和總裝的玻璃自動(dòng)安裝工位的在線測(cè)量和異常預(yù)警。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用范圍也將更加廣泛，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值也將進(jìn)一步體現(xiàn)。