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激光在线测量在汽车车身尺寸监控中的应用

时间:2019.07.17来源:暂无 浏览量:载入中...

1  激光在线测量系统的结构及原理




测量系统的系统核心部件为激光传感器。传感器由光学镜头、激光器、反光镜和摄像头组成,测量原理为光学成像的空间三角原理。半导体激光器发出的激光束经过光学镜头发射为一激光平面,位于传感器内的摄像头能够感应到此激光面的一部分。当激光面与待测物体表面相交时,形成一条亮度明显的激光线。激光线在摄像头中形成线条的位置随物体表面的三维空间位置变化而变化。经过系统设定的矩阵运算,可以将二维成像的 x、y 坐标与三维空间被测点的 X、Y、Z 坐标进行转换运算。


传感器在生产线上的布置方案可以分为固定式及动态式两类。固定式是将一系列的传感器紧固安装在生产线的静置的工装框架上,整个测量过程与被测车的位置相对静止,测量传感器采集数据后即可根据设定的位置关系,直接计算出在整车坐标系(原点在汽车前轮的中心连线)的偏差。而动态式可以更好满足不同车型柔性共线生产的兼容要求,通常采用的方案是将测量传感器紧装在数控机器人上,激光传感器采集完成信息后,通过机器人自身的臂长、转轴旋转角度等参数间接转换到被测车身的坐标系上,然后输出直观的测量报告。

2 车身在线测量的构建过程




测量系统需要结合车身三维数模及实物调试才能使用。对于全新预批量的车型动态测量,技术人员可以进行以下五个主要步骤的工作。


2.1 预选车身测量点


结合被测车身总成的三维数模,提前选定一些比较重要的位置,例如涉及功能零件的装配尺寸、对后续工序有关键影响的定位尺寸、客户能目视感知到的重要外观尺寸。规划定义测量点的名称、测量点的几何类型、测量点的坐标、法向量、公差带大小。在测量点的预选及规划过程中应尽可能保证与质量保证部门检测科室的接触式三坐标测量报告尽可能保持一致性,这样可以便于激光在线测量系统进行精度标定及保养维护的时有测量偏差基准可供参考。


2.2 分析测量可达性


在线测量系统的机器人关节臂携带着激光传感器在起止运动过程中会扫略过一定的空间,客观上存在与被测量车身干涉碰撞的风险。而且激光传感器有成像景深要求,需要与被测车身的距离保持在一定范围内。因此预选的每个测量点都需要进行系统硬件是否可到达的仿真验证。这方面有相关的专业仿真软件,可以辅助技术人员进行相关的虚拟仿真验证工作。如果发现有无法通过参数调整消除的不可到达点,则需要进行剔除,考虑改用其它的方式进行尺寸监控。


2.3 均衡生产节拍


汽车自动生产线对每个小时内的产量节拍(JPH)有着严格的要求,在线测量系统的测量工作时间也需遵守。如果在测量点规划进行工时模拟时,估算出所需的测量总时间大于生产节拍给出的时间限制,则需要对测量点进行分组编排处理。可以将测量点数近似平均分为 N 个组(通常 N≤5),每组的测量总时间必须控制在生产节拍范围内。在连续进行的车序中,每台车只进行其中一组的测量点采集,接下来的另一台车进行另外一组的数据采集,在连续 N 台车经过测量工位后,即可完成全部设定测量点的采集及评价。


2.4 编制测量程序与设定公差


为了使待测点能被激光传感器清晰识别并测量,调试人员需根据每个待测点的几何特征(圆孔、曲面点、拐角点、螺柱等)进行定义,并结合激光传感器的成形图像进行测量算法的选择设定与参数调试。在线测量的公差设置通常包括系统预警的公差及设备停台的这两个层面的公差。如果在线测量数值在产品要求公差带 75%至 百分之百的区间,可以设定系统发出预警。如果测量点严重超差,可以设置生产线立即


停台进行质量分析。以上的参数结合机器人的轨迹编程技术,按照不同区域统筹生成系统自动测量程序。


2.5 测量稳定性及精度一致性调试


在线测量系统的稳定性及精度需要满足质量监控的技术要求。针对同一台车身,将机器人机械臂及车身传输工装静态及动态重复测量过程运行设定的测试次数(例如连续 20次),测量结果的平均偏差如果在足给定的精度范围(例如0.05mm),可以认为系统稳定性满足需要。由于接触式的三坐标测量机在很多汽车企业里是质量认可的标杆,激光在线测量系统可以利三坐标测量机的精度作为参照基准。我们可以将同一台车身的激光在线测量数值与经过接触式三坐标测量的测量数值进行差值分析。如果激光在线测量系统的测量数值比基准值的偏差绝对值大于给定的控制偏差(例如0.2mm),则需要将其平均偏差值整体补偿相应的差值,整体平移到三坐标测量机的基准数值。当稳定性和精度一致性达到目标时,系统才可以正式投入使用。




3 测量数值统计及分析


在线测量获取的数据需要经过一定的梳理及解读后才能体现价值,实际工作中需要观察一段时间内的数据趋势来把握批量车身尺寸偏差的规律。在车身质量控制领域主要统计的数值有:


合格率:符合公差要求的测量点个数除以测量点的总数。


平均测量值:某个具体测量点被测车辆的平均值,可以用字母 μ 表示。

4 专业技术人员团队协助




在实际车身生产制造过程中,需要由相关不同部门协同合作进行在线测量的数据应用。通常可以由生产车间现场技术人员、测量技术人员、过程质量保证人员、车身匹配分析优化人员组成跨职能项目团队。项目团队可以对在线测量系统的硬件保养维护频次、测量精确度的校验周期、测量点的规划与生产节拍的平衡、车身测量超差尺寸的报警及优化、重点质量问题的升级处理机制等内容制定出详细的工作流程文件。在相关部门的绩效管理里,还可以针在线测量的运行关键参数对设定相应质量目标。对一些富有挑战性的任务,可以进行质量攻关项目的立项,在工作荣誉和薪酬奖金上对卓有成效的项目团队进行激励。

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