白車身檢測平臺柔性化技術發展與應用

張昕，刁統武，何文斌

中國重型汽車集團有限公司 山東濟南 250031

提高駕駛室白車身尺寸精度對一輛汽車的整體性能與質量具有重要意義?，F階段對于車身尺寸檢測控制主要通過三個重要環節進行，即生產加工上線前產品部件尺寸檢測、生產過程工裝檢具控制檢測和車身下線全尺寸檢測。而車身下線全尺寸檢測最能體現車身的整體尺寸狀態，能夠反映車身全部關鍵尺寸、安裝點的精度生產保證能力，是衡量產品尺寸質量水平的重要指標。

目前車身下線全尺寸檢測主要通過兩大類測量工具。

一類為視覺追蹤、光感掃描類檢測儀器（見圖1）。利用光學影像技術，獲取工件的二維影像，再進行精密測量。其優點為檢測速度快、操作方便，無需與測量品接觸，使用壽命長。缺點為光感干涉處無法檢測，檢測死角多，靈活度較差，檢測精度低于指針式接觸檢測。適用于結構簡單表面檢測，存在較大局限性。

圖1 光感掃描儀

另一類為懸臂式三坐標測量機（見圖2）。懸臂式三坐標測量機精度高，可以達到 1μm，甚至更高。幾乎所有類型的尺寸測量，三坐標測量儀都可以進行測量，通過構造特征，更是可以對平面度、圓度、同心度等進行檢測。三坐標測量儀使用的pc-dmis軟件，可以導入CAD數模進行脫機檢測，具有測量速度快、效率高等優點，最適合測量駕駛室外表面結構。缺點是內部懸臂不可達的地方無法檢測，該測量設備也是現在機械加工制造應用最廣泛的檢測設備之一。

圖2 懸臂指針式三坐標檢測儀

三坐標檢測平臺

1.三坐標檢測平臺的基本設計原理

三坐標檢測儀器檢測原理為獲取三維坐標值，確認檢測點的空間位置，故需要確定一空間“基準點”（或零點），所有檢測尺寸均圍繞此基準點空間坐標比對參照，確認距離此點的相對位置，以此確認被檢測點是否在要求位置區間。同時在檢測過程中，檢測樣件如若發生移動，則與坐標“基準點”失去關聯參照關系，前期檢測數據則不再具備參考價值，需全部作廢，重新檢測。同時對于每次建立坐標“零點”不同，被檢測點的空間坐標數值也不相同。故為了消除上述情況，形成易于追溯的歷史數據，提高檢測精度、檢測速度和檢測過程穩定性，三坐標檢測平臺應運而生，與三坐標檢測設備緊密捆綁在一起，不可分割。

2.三坐標檢測平臺的基本構造

三坐標檢測夾具平臺主要由工作檢測平臺、白車身定位點、坐標基準點三大部分組成（見圖3）。檢測平臺作為整體承重平臺及白車身定位的安裝面，必須保證足夠的強度及結構穩定性，重心低且框架設計板材較為厚重。

圖3 三坐標檢測夾具平臺結構

定位點是根據所檢測車身的整體結構作為切入點分析，以白車身底部縱梁定位孔為基準，在檢測平臺設計對應的定位點和白車身支撐點，在檢測白車身時，白車身底部縱梁定位孔落位于檢測平臺的定位點，以此限制車身位置，一般定位點均建立于白車身的工裝夾具主定位點，保證檢測定位與生產過程主定位為同一定位基準，從而保證檢測精度及數據穩定性、一致性及可參考性。檢測平臺上都會在設計初期，選取若干個固定檢測基準點，會明確標明此處X、Y、Z三向空間坐標，空間坐標基準點可以幫助檢測儀器快速確認空間坐標“零點”，從而保證檢測數據的準確性。

白車身三坐標檢測平臺技術進化過程

1.固定式定位結構三坐標檢測平臺

固定式定位結構三坐標檢測平臺（見圖 4），即夾具定位基準系統為固定式結構設計，夾具利用率為20%，結構簡單、體積小、成本較低，整體結構剛性好，使用壽命更長，其固定式結構不會存在定位基準偏移從而影響檢測精度的情況，故檢測精度及穩定性更好，組件不易損壞，適合質量大的產品檢測要求。

圖4 固定式定位結構三坐標檢測平臺

固定式定位結構三坐標檢測平臺的X、Y、Z三向基本無可調整空間，適用于圍繞單一系列車型進行設計及使用。而現行業內加工產線均面對多款甚至十幾款不同基礎車型，固定式定位結構三坐標檢測平臺的局限性被逐步放大。每一款基礎車型都需設計加工一個專用固定式定位結構三坐標檢測平臺，設計加工成本加重。在檢測不同車型時，需要頻繁轉運替換專用檢測平臺，造成大量轉運時間浪費，同時多個檢測平臺的定置存放，會占用一定空間資源，維護保養工作量大，存在多重浪費。固定式定位結構三坐標檢測平臺難以滿足中型或大型機械制造企業的生產加工模式，無法滿足檢測車型快速切換檢測要求，適合于產品款式單一的小型生產單元。

2.翻轉式（滑動式）定位結構三坐標檢測平臺

翻轉式（滑動式）定位結構三坐標檢測平臺（見圖5）相對于固定式定位結構三坐標檢測平臺，其主要突破點在于平臺夾具上安裝多個車型的檢測基準定位，針對不同系列車身產品的不同結構，設計不同的檢測定位基準，均安裝于檢測平臺之上，通過氣缸（或手動）翻轉（或滑動）檢測定位基準實現不同車型檢測。

圖5 三坐標檢測平臺

翻轉式（滑動式）定位結構三坐標檢測平臺夾具定位基準系統，理論上可滿足多款車型的檢測需求，降低空間資源浪費，提升檢測速度。但其結構相對復雜、組件較多且裝配位置緊密，限制了其檢測車型的數量，一般只可以滿足 2～3 款基礎車型的檢測要求，夾具利用率約為 30%～50%，存在一定檢測局限性。同時因檢測夾具無法全部同時使用，共用性不足，安裝多套定位夾具及氣缸等組件，成本較高，整體結構剛性適中。

翻轉式（滑動式）定位結構三坐標檢測平臺雖然在檢測數量方面存在一定檢測局限性，但不可否認是三坐標檢測平臺設計思路的創新突破，由固定單一式檢測平臺向柔性化結構檢測平臺進化提升，為后續的旋轉式和多軸式三坐標檢測平臺設計提供了重要參考和借鑒價值，起到了非常關鍵的過渡作用。

3.旋轉式定位結構三坐標檢測平臺

旋轉式定位結構三坐標檢測平臺（見圖 6）充分傳承了翻轉式（滑動式）檢測平臺的柔性設計理念，同時將車型切換由原來的氣動或手動切換發展到電氣自動切換，突破檢測基礎車型數量受限的瓶頸，其將翻轉式（滑動式）定位結構優化為風車旋轉式結構。

圖6 旋轉式定位結構三坐標檢測平臺

旋轉式定位結構三坐標檢測平臺擯棄了翻轉式定位基準氣缸（手動）檢測車型切換模式，而是應用電氣程序控制裝置，根據需要檢測的車型，使用電動機旋轉實現定位基準的切換。因其結構設計及旋轉過程類似風車旋轉，故也叫做風車式定位結構三坐標檢測平臺。

旋轉式定位結構三坐標檢測平臺相對于翻轉式定位結構柔性化檢測水平實現較大提升，可滿足4～10 款檢測基礎車型的檢測切換，切換速度大幅提升，減少了檢測平臺的空間占用，雖結構相對復雜，設計加工成本略高，無法實現同一定位結構的共用性，且僅適合于車型定位基準位置距離近，車型相似度的車型切換設計，但 4～10 款基礎車型的檢測切換完全可滿足中型生產加工單位的檢測需求，夾具利用率約為75%，是目前行業比較普遍應用的一款白車身多車型共用三坐標檢測平臺。

4.拆裝式定位結構三坐標檢測平臺

為了繼續增加三坐標檢測平臺可切換檢測車型數量，減少轉運替換平臺的頻次，降低對于三坐標檢測平臺的設計加工成本費用，拆裝式定位結構三坐標檢測平臺可滿足這一使用需求（圖 7），其主要特點為在檢測平臺上設計多處夾具基座及定位夾具安裝點，根據各種車型設計其專用的夾具組合單元，當需要進行車型切換檢測時，在無需轉運替換檢測平臺的情況下，將原夾具定位單元拆除，重新裝配需切換檢測車型適配的夾具定位組合進行替換，其檢測車型數量可根據車體定位要求加工對應的車體定位基準。同時存在共用夾具和專用夾具，利用率約為 90%，切換柔性高，夾具的空間占用率低。但頻繁的拆卸及裝配過程費時費力，易導致裝配安裝點疲勞損傷，降低其使用壽命，在測某一款車身時，其余夾具處于閑置狀態，夾具使用率低，且拆裝過程大多為人工方式，自動化程度低，適用于大體積、結構簡單車身的檢測工作。

圖7 拆裝式結構三坐標檢測平臺

5.三軸式定位結構三坐標檢測平臺

翻轉式、旋轉式及拆裝式定位結構相對于固定式定位結構，雖然檢測柔性提升，可實現多款基礎車型的快速切換檢測，但是同一組定位在X、Y、Z三維空間內仍無可調節空間，均未擺脫一款車型對應一組夾具定位的限制，從而導致檢測平臺可切換檢測車型的數量受限，三軸式定位結構三坐標檢測平臺區的設計出現徹底打破了這一行業瓶頸。

三軸式定位結構在規定空間內可實現無數個空間坐標點，其定位檢測精度高、靈活度更高，但其采購成本、維護成本更高。隨著自動化、信息化、智能化的運用，目前三軸結構三坐標檢測平臺逐步投入到自動化生產線檢測使用。

三軸式定位結構三坐標檢測平臺（見圖 8）徹底打破一款車型對應一組夾具定位的瓶頸，一組夾具分別增加X、Y、Z三向移動模塊設計，針對不同車型的檢測基準，檢測定位夾具可實現X、Y、Z三向可活動調整（見圖 9），在X、Y、Z三向要求范圍內，理論上定位點可移動到任意位置，任何車型結構均可檢測。但是每一組定位點存在無限種移動空間位置，如何保證準確移動到需求位置是最大的控制難點。這則需要檢測平臺增加智能化控制設計，通過智能化程序控制每款車型檢測時，定位點自動在X、Y、Z三向移動，到達準確位置，所以三軸/多軸定位結構三坐標檢測平臺是一款智能化的三坐標檢測平臺。

圖8 三軸式定位結構三坐標檢測平臺

圖9 三軸夾具定位原理示意

三軸式定位結構三坐標檢測平臺在實際使用過程中，檢測車型可達N種，定位點可快速到達任意要求位置，實現了一組定位可滿足多款基礎車型的檢測需求。其定位夾具數量較少，結構簡單，車型切換速度快，靈活度非常高，夾具空間占用率低，夾具利用率100%，消除了多平臺設計、車型切換轉運替換等資源浪費。但是因其柔性過高，結構裝配點較多，頻繁切換檢測車型，為保證其使用壽命，其結設計及制造加工要求更高，設計與加工成本高。

結語

三坐標檢測平臺的定位結構由固定式、翻轉式、旋轉式、拆裝式再到三軸式的發展歷程，其優缺點對比見表1，實現了檢測切換車型由1款到N款的突破，是其檢測柔性和靈活度的進化過程，反映出車身制造行業的產品多樣化、個性化的發展趨勢以及對于尺寸控制工程的高度重視。在策劃設計三坐標檢測平臺時，要充分分析生產加工現狀及檢測需求，從切換檢測車型、夾具利用率、使用周期及壽命、切換柔性及后期可改造空間等因素綜合考慮，畢竟各種定位結構的檢測平臺均具有其獨特的優勢與局限性，但其設計核心均在于提供穩定且精準的定位限位點，通過車身的尺寸精度進行準確的測量，滿足不同檢測產品與切換模式需求。

表1 各定位結構三坐標檢測檢測平臺優缺點對比