基于Perceptron建立某車型焊釘及白車身在線檢測體系

秦緒軍　楊壯壯　趙峪奇

摘要：以北京奔馳汽車有限公司206車型為基礎，基于Perceptron就螺柱焊釘位置尺寸、車身尺寸和覆蓋件尺寸在線自動檢測以及相應的精度控制進行了研究，規劃并建立焊釘位置尺寸在線測量點76個，普通測量特征1373個測量點；規劃并實施焊釘在線測量方案以及后端、Z1和Z2.3在線測量方案；完成在線檢測工位測量工裝優化改進，達成了基于Perceptron的V206焊釘及白車身在線檢測體系建設，并實現了工時和成本的節約。

關鍵詞：Perceptron；螺柱焊釘檢測；在線檢測

項目概述

北京奔馳汽車有限公司自205車型起，裝焊生產線開始使用在線測量設備來檢測白車身及覆蓋件尺寸。從最初的照搬學習，到對測量系統功能的開發，儲備了大量的測量精度維護以及尺寸控制經驗，形成了一套適用于整個裝焊白車身尺寸在線檢測系統的知識，并多次在集團組織的工匠平臺以及社會國內大型汽車制造相關論壇分享在線檢測尺寸控制經驗。在206項目伊始，從測量點的規劃，測量方案的制定，到測量工裝的審核改進，將205在線檢測應用的精髓，進一步在206在線測量工位上實施并拓展。

1.項目實施背景

以前北京奔馳汽車有限公司對于螺柱焊釘尺寸波動的監控，主要是離線三坐標測量和線下檢查工裝檢測。前者測量精度高，但是測量耗費時間長，抽查頻次低，不能及時有效反饋尺寸波動；后者如圖1所示，主要靠目視檢查，不能數據化，主觀因素多，不能為技術人員提供有效數據支持。2015年，就借助在焊釘上安裝半球間接測量的方法，通過對半球的測量，間接實現對焊釘的自動化檢測[1]，如圖2所示。但是這種方案只適合少量重點焊釘的位置尺寸自動檢測，應用范圍受限，不適合大批量焊釘檢測。在V206項目上，在線檢測設備采用Perceptron公司最新的Helix自動三維掃描解決方案，即通過機器人小范圍局部運動帶動傳感器實現對測點的線激光掃描測量，該系統可實現對螺柱的有效測量。這對建立螺柱焊釘位置尺寸、建立自動檢測系統提供了基礎。

2.主要問題

206項目規劃在線檢測工位13個，包含相對測量系統和絕對測量系統。其中外覆蓋件采用絕對測量系統，規劃左前門、右前門、左后門、右后門、行李箱以及機蓋6個在線測量工位；主線區域采用相對測量系統，規劃前端、后端、Z1（下體）、滑橇、左側圍、右側圍、Z2.3（白車身）共7個在線測量工位。涉及13個在線測量工位測量點的選取，以及功能尺寸、局部坐標系測量點的設計規劃。同時，還面臨一系列難題，如后端、Z1、Z2.3由于測點多，測量節拍不滿足，需要規劃測量方案；在線檢測工位測量工裝設計改進。綜上所述，本項目的主要內容有：建立焊釘位置尺寸在線自動檢測系統；規劃13個在線測量工位的測量點；規劃后端、Z1和Z2.3的測量方案；設計規劃在線檢測工裝。

方案規劃

分類匯總產品安全所涉及的白車身焊釘，建立相應的焊釘位置尺寸在線測量點；匯總各區域焊釘對應的機器人，就非關鍵焊釘制定相應的在線測量點；結合205尺寸控制經驗，制定各工位在線測量點；參考三坐標測量建系點以及測量支具夾緊點，優化改進各測量工位被測件建系點以及測量工裝；綜合考慮各區域節拍需求，制定合理測量方案。

1.焊釘及重點關注特征在線測量點規劃

206白車身總計有400多顆焊釘，焊釘在線測量點選取原則：產品安全所涉及的白車身焊釘必測；每把焊槍選取至少2顆焊釘進行尺寸自動檢測。

就Z1區域而言，總裝產品安全12顆，其余焊釘選取64顆，共計76顆，如圖3所示。

白車身普通特征在線檢測測量點選取原則：一是裝配過程關鍵控制點；二是工件，總成和車身關鍵功能點。

聚焦于過程控制，一是上游過程關鍵定位點；二是下游過程關鍵定位點；三是工件配接功能點。

根據上述測點選取原則，206 Perceptron在線檢測普通測量特征共選取1373個在線測量點，具體分布見表1。

2.規劃在線測量方案

（1）焊釘在線測量方案? 考慮到焊釘位置尺寸波動多出現在機器人冷啟動時以及焊槍或焊釘夾頭更換后，采用抽查手段，檢查頻次為：開班和休息后必檢；更換焊槍或焊釘夾頭后必檢；其余時間每隔兩小時抽查一次。PLC上位機上增加調用焊釘測量程序選項，每次抽查為連續3輛車。

（2）通用特征在線測點測量方案? 206主線設計節拍是30JPH，其中后端、Z1和Z2.3由于測點過多無法滿足節拍要求，因此無法實現每個車所有測點都進行測量，因此需要對測量方案進行改進，考慮到某些關鍵點的偏差會影響整個后續裝配，甚至直接導致車輛報廢，如WHP沖孔測點，這些測點需要每車必測，由此，對HC、UB和Z2.3區域所有在線測量點進行分類整理，區分必測點和選測點，這樣采取A+B、A+C測量方案[2]：A程序為必測點程序；B和C程序為選測點程序，這樣既可保證著重關注點的100%測量，也可實現次要監控點的測量頻次為50%，如圖4、圖5所示。

建立體系

根據已規劃的在線測量點，編制各測量點測量程序，設置各參數并示教；設置測量系統監控界面及質量停機功能。白車身普通特征在線檢測測量點建立過程與焊釘測量點類似，下文以焊釘在線測量體系建立進行論述。

建立焊釘在線測量測點坐標系

Perceptron測量系統中建立坐標系，利用“N-2-1”原則，取MP1、MP2、MP3以及MP7 4個基準點的Z向確定一個基準面，然后取MP4、MP5 兩個基準點的Y向確定基準軸，最后取MP4點X向測量值的中值確定原點位置，如圖6所示。

設計規劃焊釘在線測量工裝

我公司焊釘90%在規劃在Z1下體，以Z1測量工裝為例，由于Z1下體X向長度很長，在測量時測量工裝如果只設計4個Z向支撐點，這樣會導致Z1中間部位下塌，致使測量結果失真，因此，測量工裝的設計需考慮增加輔助支撐，對圖6中所示MP8和MP9兩處增加Z向輔助工裝，確保在測量結果精確性，測量工裝設計如圖7所示。

建立整車坐標系下焊釘測量點

Perceptron測量系統中在新建的坐標系下建立焊釘測量點。測量特征為stud，設置測量點X、Y、Z理論坐標值及i、j、k矢量方向，其中一焊釘測量點理論特征如圖8。測量系統中測量點信息設置完成后，建立測量系統與外部機器人通訊ID。

配置機器人程序

運行機器人，將機器人TCP位置搖到新建測量點理論坐標值附近，保持焦距在200mm以內，調整測頭角度，使stud成像靠近視野方框中間，并且盡量使成像有盡量少的噪點，焊釘成像如圖9。找到合適的成像后，記錄TCP位置，并配置該點ID與相應測量點的系統設置的通訊ID一致，編寫測量語句。

調試焊釘測量點算法參數

所有焊釘測量點測量程序編寫完成后，運行新的測量程序，示教新的測量點，選取合適的掃描線密度以及掃描范圍，調整曝光度等參數，使焊釘測量點6σ＜0.1，如圖10所示。

配置PLC程序

根據制定好的測量方案，編寫PLC調用程序，在主控界面上增加調用焊釘測量程序選項，當需要抽查檢測焊釘時，點選調用新測量程序即可，機器人自動檢測焊釘位置尺寸。

效果

調試算法完成后，在206系列化生產后每隔兩小時對焊釘進行抽查檢測，每次連續抽查3輛，實現了對焊釘位置尺寸的自動測量。通過一段時間的數據收集后，設置測量點公差，通過對至少5輛同時經過在線測量以及三坐標離線測量的比對后，對焊釘在線測量數據進行補償，根據總裝裝配狀態再合理優化公差。目前，初步設置公差為±1，如圖11所示。

結語

本項目的實施，自主規劃焊釘在線測量點76個以及普通測量特征1373個，規劃完成在線測量方案，設計完成在線測量工裝改進，建立了基于Perceptron的焊釘及白車身在線檢測體系，實現了利用在線檢測設備大規模自動檢測焊釘位置尺寸，提高了產品過程控制能力。

同時，還帶來了可觀的人工節省效益和成本節約效益。降低了加工人人工檢測時間及勞動強度，便于PMK優化，按照平均檢測時間0.5h/班次，年總節省人工檢查時間為0.5h×6天×52周×2班次=312h。另外，此項目大大改善了產品質量，減少焊釘尺寸波動流入總裝。