激光在線檢測(cè)技術(shù)在白車身中的應(yīng)用講解

1、激光在線檢測(cè)技術(shù)在白車身中的應(yīng)用現(xiàn)代轎車制造過程中，在線檢測(cè)作為工藝的重要組成 ，正得到越來越大的重視。自動(dòng)化程 度很高的 CNC三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和全自動(dòng)三維激光檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于車身生產(chǎn)過程，就是一個(gè)表征。但在配置時(shí)，兩者的作用顯然是不同的。當(dāng)代的CNC三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，盡管其工作效率和數(shù) 據(jù)處理能力較之10多年前的產(chǎn)品已有了很大的提高，如檢測(cè)一臺(tái)車身骨架，在測(cè)量點(diǎn)數(shù)不超過100個(gè)時(shí)，耗時(shí)僅0.5h左右。但若需要根據(jù)30個(gè)樣本來判斷生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀態(tài)，也得有二個(gè)班的工作量。為了更有效地對(duì)工序?qū)嵤┍O(jiān)控，以通過改進(jìn)工藝過程來控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量，與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精確測(cè)量相輔相成，具有效率高和很強(qiáng)的快速采樣分析

2、能力的激光測(cè)量系統(tǒng)，也已成為現(xiàn)代轎車車身制造中在線檢測(cè)的重要手段。三維激光檢測(cè)技術(shù)不僅在車身制造過程（包括沖壓、拼焊）中得到了應(yīng)用，在現(xiàn)代轎車的總裝、即整車裝配過程中也用得越來越多，產(chǎn)生了很好的效果。一、基本工作原理：運(yùn)用激光技術(shù)進(jìn)行幾何量測(cè)量 ，三角測(cè)距法由于具有工作距離長(zhǎng)、測(cè)量范圍大、測(cè)量精 度高，以及對(duì)表面特性要求低等優(yōu)點(diǎn)，而在汽車工業(yè)獲得較廣泛的應(yīng)用，尤其是在拼焊車身生產(chǎn)領(lǐng)域。圖1是這種方法的原理圖， 由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光，經(jīng)聚焦成一光斑，照射于被測(cè) 物體表面上，其散射光由成像透鏡接收，并將光斑成像于 CC既收敏感元件上。若被測(cè)表面位 于基準(zhǔn)面時(shí)，則聚焦光點(diǎn)的像成在接收元件的中心0點(diǎn)

3、上；若當(dāng)被測(cè)表面在位置 A時(shí)，則聚焦光點(diǎn)像成在0 側(cè)的P1點(diǎn)上，當(dāng)被測(cè)量表面在位置 B時(shí)，則聚焦光點(diǎn)像成在 0的另一側(cè)P2 上。依據(jù)三角關(guān)系，由接收元件上成像點(diǎn)與中心點(diǎn)0的距離，可得出被測(cè)表面與基準(zhǔn)面的偏離量；由在接收元件上成像點(diǎn)所處的不同側(cè)面顯示的不同符號(hào)，可判別被測(cè)表面偏離基準(zhǔn)面的方向。圖1.激光三角測(cè)距法工作原理圖1-聚焦透鏡2-半導(dǎo)體激光器3-PSD 4-成像透鏡5-基準(zhǔn)面激光在線檢測(cè)系統(tǒng)在車身制造中的應(yīng)用1、機(jī)器人激光檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)器人激光檢測(cè)系統(tǒng)由三部分組成，即一個(gè)機(jī)器人、一套激光檢測(cè)系統(tǒng)以及一個(gè)終端數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。圖 2為機(jī)器人工作示意圖圖2.機(jī)器人正在工作激光檢測(cè)系統(tǒng)為一個(gè)非接觸式

4、三維視覺傳感器裝置組成，它由兩個(gè)45方向?qū)ΨQ配置的激光傳感器和一個(gè)位于中心線上的CCD攝像機(jī)組成（圖3-1）。激光傳感器用來檢測(cè)被測(cè)工件型面上某一點(diǎn)在空間的位置；攝像機(jī)用于確定工件型面上1個(gè)孔的大小和形狀（圖3-2 ）。一般來說，3個(gè)點(diǎn)即可確定1個(gè)圓孔，但是在檢測(cè)時(shí)為了保證孔的大小和形狀可以多選取一 些點(diǎn)，對(duì)于不規(guī)則的物體通過尋找中心，特征邊或角從而確定物體的形狀。3圖3-1激光檢測(cè)示意圖1圖3-2激光檢測(cè)示意圖2終端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由 PC計(jì)算機(jī)、交換機(jī)及數(shù)據(jù)處理軟件 組成。圖4.終端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2、三維激光曲面掃描系統(tǒng) -光學(xué)檢驗(yàn)夾具該系統(tǒng)的機(jī)械部分是一擁有三個(gè)自由度的精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，類似單柱三

5、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的型式，運(yùn)動(dòng)的靈活性和準(zhǔn)確性都很好。固定在測(cè)桿前部的三維激光傳感器在上述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的 帶動(dòng)下能夠在三維空間里自由地移動(dòng)，以對(duì)裝夾在固定臺(tái)上的工件進(jìn)行掃描。通過激光傳感器對(duì)被測(cè)工件的掃描，即可獲得在機(jī)器空間，也就是以該光學(xué)檢驗(yàn)夾具坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的測(cè)量數(shù) 據(jù)。然后，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法將每個(gè)實(shí)測(cè)值和數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換到工件自身的坐標(biāo)中，也就是常說的“車身坐標(biāo)系”中，從而能與在坐標(biāo)系空間中的工件CAD數(shù)據(jù)（設(shè)計(jì)值）進(jìn)行對(duì)比，并確定兩者之間的誤差。這種測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)效率很高，采用非接觸掃描方式，且傳感器采集頻率也很高，特別適合生產(chǎn)過程中的在線檢測(cè)。另外一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)時(shí)它具有的柔性，能適用于很多種覆蓋件。

6、3、固定式激光檢測(cè)站主要用于車身和一些大型覆蓋件，于生產(chǎn)線上對(duì)工件實(shí)施 100%的在線檢測(cè)。由三部分組 成：工件傳輸系統(tǒng)，三維激光測(cè)量傳感器及可調(diào)節(jié)的緊固構(gòu)件和框架，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。具體的工作過程為：被測(cè)工件首先由傳輸裝置自動(dòng)送入生產(chǎn)線上的在線檢測(cè)系統(tǒng)，即一個(gè)固定檢測(cè)站內(nèi)。定位傳感器將工件的真實(shí)位置送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，后者根據(jù)已編制好的測(cè)量程序自動(dòng)地控制安裝在框架構(gòu)件上眾多激光三維傳感器中的每一個(gè)，對(duì)工件上的關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量車身骨架上 3040個(gè)重要位置大約只需 20s，效率極高。應(yīng)用于此系統(tǒng)的工件傳輸也有幾種方法，處了傳統(tǒng)的導(dǎo)軌式、懸鏈?zhǔn)降刃问酵?，采取更靈活的自動(dòng)導(dǎo)向小車（AGV ）

7、作為輸送裝置，也已經(jīng)獲得應(yīng)用。被測(cè)工件安放在一臺(tái)AGV 上，直接駛向檢測(cè)系統(tǒng)框架中接受檢測(cè)，檢測(cè)完后駛出，前往下一工位。4、手持式匹配質(zhì)量激光檢測(cè)裝置被稱為 MAGAM 的儀器 ,是一種便攜式高效測(cè)量裝置 ,能一次檢測(cè)縫隙和平整度兩項(xiàng)參 數(shù)。 MAGAM 的激光檢測(cè)系統(tǒng)由二個(gè)激光傳感器和一個(gè) CCD 攝像機(jī)組成 ,采用非接觸方式 , 在對(duì)車身上兩覆蓋件的匹配區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)時(shí) ,投射出一條與縫道垂直的光束 ,測(cè)得的信息輸入 計(jì)算機(jī)后 ,經(jīng)專用軟件處理 ,得到被測(cè)點(diǎn)縫隙值和平整度值。測(cè)量值既可以在儀器自身的顯示 屏上直接指示 ,又能在系統(tǒng)所屬的計(jì)算機(jī)上顯示。 由于 MAGAM 是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的 ,

8、操作方 便 ,效率很高 ,用這種在線檢測(cè)方式獲得的大量測(cè)量結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析,就不僅能起判斷單個(gè)車身某一區(qū)域的匹配效果的作用 ,對(duì)整個(gè)拼裝生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況和各個(gè) 工序的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)也能有充分和準(zhǔn)確的了解 ,以有效地控制車身的匹配質(zhì)量。這種儀器在 對(duì)被測(cè)部位進(jìn)行檢測(cè)時(shí) ,只需讓二個(gè)帶球頭的撐腳支在覆蓋件表面即可。這項(xiàng)操作既簡(jiǎn)單又 快捷 ,雖然是人工進(jìn)行 ,但并不受人為因素影響 ,也就是只要讓兩支點(diǎn)架在被測(cè)縫道兩側(cè) ,至于 支持的位置、傾斜的程序都對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。MAGAM 的主要技術(shù)指標(biāo)如下 :分辨率 :： 0.01mm;精度 ： 0.04mm;測(cè)量范圍：縫隙010mm,平整

9、度土 10mm;手持裝置重量 :：1kg。三、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理分析及預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析對(duì)下一步的生產(chǎn)有重要作用。 可以根據(jù)對(duì)已經(jīng)檢測(cè)尺寸的總體分析了解焊接過 程中各環(huán)節(jié)的精度情況， 可以從誤差趨勢(shì)中預(yù)測(cè)下一步的焊接精度， 以便及時(shí)調(diào)整焊接工藝， 防止不合格品的出現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人激光檢測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)， 以白車身上測(cè)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)為例， 說明數(shù) 據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)分析功能中的作用。 抽取連續(xù)多點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)， 其理論值從三坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)庫中調(diào)出 “標(biāo)準(zhǔn)車” 誤差數(shù)據(jù)。 根據(jù)該車身在全部測(cè)點(diǎn)的誤差， 用橫坐標(biāo)表示測(cè)點(diǎn)編號(hào)， 縱坐標(biāo)表示相對(duì)理論值的誤差， 繪成曲線圖。 根據(jù)誤差線相對(duì)允許誤差范圍的偏離程度， 可 以分析加工器具的磨損狀況， 若發(fā)現(xiàn)偏差持續(xù)很大， 則系統(tǒng)終端計(jì)算