一種基于“激光跟蹤測量”的焊夾具調裝方法研究

孫仲林，楊付四

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 510000）

引言

整車的研發和制造過程中，整車的車身骨架（業內稱為“白車身”）通常為焊接而成，白車身焊接精度為整車品質的重要指標；焊接精度完全取決于“焊夾具”的定位精度[1]。“焊夾具”是指用于白車身及其分總成焊接，保證焊件尺寸、防止焊接變形的工裝夾具。若干套“焊夾具”組成白車身焊裝線，焊裝線跨度大，從數米到數十米長，統一調裝保證精度難度大，但精度又極其重要。

本文以超大量程的“激光跟蹤儀”作為測量設備，利用“激光跟蹤儀”的激光遠程跟蹤測量，完成“焊夾具”乃至焊裝線的調裝[2]。該“焊夾具”調裝技術具有通用性強、數據覆蓋全面、效率高的特點，調裝精度完全符合定位要求。

1 激光跟蹤儀的測量原理簡介

激光跟蹤儀是指激光跟蹤測量系統，通過激光動態地跟蹤空間中運動的靶點（靶球或手持測頭），同時確定靶點的空間坐標。激光跟蹤儀具有量程超大、測量精度高的特點，適合大范圍的精密測量。

以API激光跟蹤儀（型號“R-25d”）為例（見圖1），其主要性能參數如下表1所示：

圖1 激光跟蹤儀組件

表1 激光跟蹤儀參數表

2 焊夾具調裝前準備

2.1 激光跟蹤儀聯機預熱

將激光跟蹤儀放置在待測量的焊夾具附近，要求既能測量覆蓋整個焊夾具，又能盡可能避開遮擋方便測量。激光跟蹤儀和其他激光設備一樣，為保證精度和穩定性，在設備開啟后進行適當預熱，保證預熱在15分鐘以上；預熱完成后才可進行測量工作。

2.2 焊夾具的預安裝

在焊夾具測量之前，先進行夾具平臺的水平調整和夾具組件的預安裝。

2.2.1 夾具平臺的水平調整

用激光跟蹤儀自帶電子水平儀對夾具平臺進行水平調整：

首先在夾具平臺周邊及中心均勻取點測量（如圖2），得出各點的Z向坐標值；

圖2 夾具平臺水平調整示意圖

然后依據各點的Z向差值調節夾具平臺的水平調整腳，最終使各點Z向坐標值均勻一致，達到設計要求（分總成焊夾具平臺水平差值≦0.05 mm；總拼≦0.2 mm）。

2.2.2 夾具組件的預安裝

夾具平臺水平調整后，對夾具組件進行預安裝。安裝過程中對夾具的調整部位應預留“調整墊片”（見圖 3），便于后續通過增減“調整墊片”來調整“X、Y、Z”向坐標值。

圖3 夾具預安裝示意圖

3 焊夾具的調裝

焊夾具的調整部位是指夾具關鍵的定位銷和定位面，要經過激光跟蹤儀的驗證測量并加以坐標調整，才能達到設計要求，這個過程稱為“焊夾具的調裝”[3]。具體步驟如下：

3.1 建立整車坐標系

使用夾具平臺預留的“夾具基準點”（基準孔或基準銷）建立整車坐標系（整車設計基準參考坐標系）。“夾具基準點”如圖4所示。

圖4 建立整車坐標系示意圖

用激光跟蹤儀結合“靶球”或結合“手持測頭”，先逐個測量“夾具基準點”，得出“夾具基準點”實測坐標值；然后可用兩種方法擬合出整車坐標系：（1）可以依據夾具平臺上每個“夾具基準點”對應的坐標刻度值和實測量坐標值對應擬合建立整車坐標系；（2）也可以在夾具數模中抓取“夾具基準點”的坐標值和實測坐標值對應擬合建立整車坐標系。

3.2 焊夾具的驗證測量和坐標調整

整車坐標系建立后，便可進行夾具調整部位的驗證測量和坐標調整[4]，以主拼焊夾具為例（見圖5），過程如下：

圖5 主拼焊夾具調裝

1）用激光跟蹤儀結合“靶球”或結合“手持測頭”，對焊夾具上所有定位孔和定位面進行驗證測量，測出各調整部位的坐標實測值（X、Y、Z），分別與數模理論值對比得出坐標偏差值“△x、△y、△z”；

2）依據各調整部位的坐標偏差值“△x、△y、△z”，以增減調整墊片的方式進行“X、Y、Z”三方向坐標調整；

3）對調整后的部位進行再次測量驗證，坐標偏差應符合設計要求（定位孔坐標偏差≤±0.1 mm、定位面坐標偏差≤±0.2 mm），如果不符合要求按2）重新坐標調整，直至符合要求。對符合要求的測量數據進行保存。

4 注意事項

利用“激光跟蹤儀”調裝焊夾具，不同于其他測量設備，需要注意如下：

1）激光跟蹤儀的測量前預熱時間，系統要求最少15分鐘，其實這段時間激光發射器尚未完全穩定，要使激光發射器更加穩定，提高測量精度，需預熱約60分鐘；

2）激光跟蹤儀在測量使用前，要定期將使用的“靶球”和“手持測頭”進行精度校準；

3）測量時在“靶球”和“手持測頭”的選取上，因“靶球”測量精度更高更穩定，要盡可能首先選擇“靶球”測量；

4）不論使用“靶球”還是“手持測頭”進行測量，都要輕拿輕放，保證測量精度的同時，避免意外跌落造成精度失準或損壞。

5 小結

本文闡述的“激光跟蹤儀”調裝焊夾具方法，適用于現場焊夾具乃至焊裝線的調裝，能有效克服范圍跨度大、現場情況復雜的不利影響，實現“焊夾具”快速、全面的調裝，調裝精度完全符合定位要求。該“焊夾具”調裝技術可廣泛應用于整車制造行業，為車身焊接制造的質量提供了可靠的工藝保證[5]。