汽車前軸高溫鍛件自動化三維測量檢測技術

苑曉菲

摘? 要：高溫鍛件的自動化三維測量檢測技術是利用工業(yè)機器人的三維測量設備從多個不同角度對高溫鍛件進行測量的，同時將不同角度測量的數(shù)據(jù)信息歸納到同一個坐標中，形成完整的數(shù)據(jù)，并對關鍵尺寸進行提取，并且最后進行趨勢分析。找到其中存在的問題，并且提出對應有效的解決措施，使關鍵技術在汽車前軸高溫鍛件進行實際應用，基于實驗證明相關方法的可行性。

關鍵詞：汽車前軸;高溫鍛件;自動化;三維測量;檢測技術

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

汽車前軸是汽車的關鍵組成部分，前軸高溫鍛件通常都是基于多步鍛造一體成型的，因為一體成型的前軸高溫鍛件結(jié)構(gòu)比較復雜，鍛造過程的精準程度不好控制。傳統(tǒng)的人工方式精準檢測只能在鍛件冷卻狀態(tài)下才能夠?qū)嵤驗闊崦浝淇s，在冷卻狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息無法體現(xiàn)熱態(tài)時候的尺寸，無法為設計與創(chuàng)新改進提供參考。而在高溫狀態(tài)下對鍛件精度進行快速、精準的測量與檢測，能夠快速檢測鍛件的精度，回收超差的零件，實現(xiàn)能源的節(jié)約?；阱懠鹊臋z測結(jié)果，能夠及時發(fā)現(xiàn)鍛造模具可能產(chǎn)生的磨損超差、開裂等問題，以免產(chǎn)生批次不合格的產(chǎn)品，避免帶來損失。在生產(chǎn)過程中能夠?qū)﹀懠木葦?shù)據(jù)進行有效采集，有助于深入了解鍛件制造過程的尺寸變化趨勢，能夠為后續(xù)優(yōu)化鍛造工藝、鍛模設計等奠定數(shù)據(jù)基礎，促進鍛造行業(yè)從自動化發(fā)展變?yōu)橹悄芑?/p>

1 高溫鍛件在線自動化的三維測量體系和關鍵技術

高溫鍛件的在線自動化三維測量體系，其主體部分是由工業(yè)機器人與面結(jié)構(gòu)光三維測量設備共同組成的。工業(yè)機器人的作用就是要變化測量位置與姿態(tài)，并且進行輔助定位，三維測量設備在三角測量原理的基礎上獲取待測物表面三維點云數(shù)據(jù)。為了能夠消除鍛件熱輻射對測量設備產(chǎn)生的影響，確保測量設備的溫度在工作溫度的范圍內(nèi)，使用半導體冷卻裝置對測量設備內(nèi)部溫度進行有效管控。

在進行測量操作前，根據(jù)備測物體的設計模型，劃分出關鍵的尺寸，并且進行視點規(guī)劃。在實際測量中，用機器人根據(jù)預先做好的規(guī)劃路徑進行全部視點遍歷，在機器人到達某個視點的時候，測量裝置會被觸發(fā)，并且會向被測量物體投影，左右兩側(cè)的相機會同步采集圖像信息，采集圖像操作完成以后，基于去噪、解相等能夠?qū)錅y物體的局部三維數(shù)據(jù)進行快速重建，機器人運動至下一個測量視點，測量被測物體其他位置的三維數(shù)據(jù)，并且對齊已經(jīng)測量的數(shù)據(jù)信息坐標，直到測量出整個物體的三維數(shù)據(jù)信息。

1.1 高溫物體的表面光柵圖像獲取和相機熱防護

高溫物體黑體敷設通常都集中在長波的波段，在可見光的頻段中，輻射通常在紅光區(qū)域，在進行光學測量的時候，紅色通常會因為輻射干擾，導致光柵投影分辨率降低，導致測量數(shù)據(jù)的失真。不但會干擾城鄉(xiāng)，黑體輻射當中的近紅外還會出現(xiàn)熱效應，近紅外輻射聚集在成像元件上，會導致成像元件的溫度急劇上升，對測量精準度產(chǎn)生不良影響。所以，系統(tǒng)中通常會使用單通道藍色LED光源的投影儀，工業(yè)灰度相機以及藍色帶通過濾光片能夠隔離紅色通道，確?；叶认鄼C對投影圖樣的成像，切實規(guī)避環(huán)境光與被測物體自身可見光輻射產(chǎn)生的影響。黑體輻射當中的近紅外成分有非常明顯的熱效應，其聚焦在成像元件上會導致成像元件的溫度急劇上升，對測量精度產(chǎn)生極為不良的影響，藍光濾光片只能夠在可見光頻段發(fā)揮頻選作用，卻無法阻隔紅外波段。所以，使用紅外截止片才能夠阻隔紅外頻段。基于此，能夠切實抑制黑體輻射對測量產(chǎn)生的影響，在使用了濾波方式以后，紅熱工件自身放光被全面抑制，也就能夠獲得精準的表面細節(jié)了。

1.2 測量視點的自動規(guī)劃

基于測量對象的前軸來講，一體成型的前軸鍛件有很多細節(jié)特征，在測量過程中一定要進行嚴謹、詳細的規(guī)劃設計。可以對被測物體的模型進行均勻分區(qū)，把前軸占據(jù)的空間均勻地劃分成4個區(qū)域，視點生成任務在不同區(qū)域中單獨操作。模型分區(qū)的根據(jù)就是被測量物體的類型以及測量方式。針對各向同性的模型，可使用不同的方式進行測量。針對曲率平坦的模型可使用平面補丁的方式，這些方式的實際應用會被物體表面形狀影響，對于結(jié)構(gòu)比較復雜的前軸鍛件可使用體元法，這樣的方式只需要使用對應的測量設備，不需要考慮被測物體類型所產(chǎn)生的影響。

基于測量設備的視場與景深進行分區(qū)，所有分區(qū)當中依據(jù)視角特征進行劃分，遵照所有鍛件特征在模型當中的具體方位，能夠有效避免遮擋問題的產(chǎn)生，明確最佳的觀測方向、范圍，也就是通常所說的可行域。

觀察方向穿越了模型視角，就會被視為是不可見的視角，在驗證運算當中會首先被排除掉。在明確了觀察方向的范圍之后，基于特征方式和觀察方向的夾角，來判斷成像質(zhì)量的優(yōu)劣，這樣能夠?qū)σ朁c進行有效篩選?；诖耍岢隽艘朁c測量質(zhì)量的相關參數(shù)，測量質(zhì)量相關的參數(shù)是視點測量質(zhì)量具有的度量，其綜合考量候選視點特征中的官學可視性以及三維數(shù)據(jù)成像的質(zhì)量，而測量質(zhì)量參數(shù)偏高的視點，就會被當成是最終的測量視點。

1.3 無標志點數(shù)據(jù)信息的自動拼合

在完成視點規(guī)劃工作以后，為了確保所有視點獲得數(shù)據(jù)都能在一個坐標體系中統(tǒng)一，要明確所有視點至統(tǒng)一坐標體系的坐標轉(zhuǎn)換關系，因為汽車前軸的結(jié)構(gòu)較為復雜，要求通過很多個視角進行測量，才能夠得到完整的數(shù)據(jù)信息。

對于有標志點粘貼的標準鍛件進行標志點采集，獲得這個標準段建的標志點序列。之后使用標準件來替代被測工件，啟用測量程序進行測量，測量系統(tǒng)對所有測量點位上的標志點進行識別，并且遵照拓撲關系明確其在標志點序列當中的位置，獲得剛性的轉(zhuǎn)換矩陣，同時將其記錄在對應的測量點位上。

2 實驗驗證

為了能夠驗證關鍵技術的可靠性與可行性，將高溫鍛件自動化三維測量技術進行實際應用與測試。

測量系統(tǒng)依據(jù)預先規(guī)劃好的視點，逐漸對高溫鍛件進行測量，驗證規(guī)劃視點的覆蓋面特征。用測量獲得的數(shù)據(jù)信息遵照拼合方法來統(tǒng)一坐標，之后將CAD模型進行對齊，提取關鍵尺寸并且進行分析。在標準工件方面的測試結(jié)果中，用淺色部分代表設計模型，深色部分代表測量數(shù)據(jù)的覆蓋率，由此可以得出，中間部分被夾持裝置所遮擋部分之外，關鍵特征都能夠被合理覆蓋，覆蓋率超過76%?；谠O計模型，設置上下偏差在0 mm～0.03 mm，測量數(shù)據(jù)都會落在偏差區(qū)間內(nèi)。對于某一個鍛件的測量結(jié)果來講，長短耳內(nèi)檔的尺寸稍微超出了標準尺寸的下限，其余的尺寸都在公差控制的范圍內(nèi)。例如在止口臺直徑與端頭直徑方面，分析批量汽車前軸零件關鍵尺寸的趨勢，能夠發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)初期因為模具溫度出現(xiàn)上升，工件的尺寸變化比較大，伴隨工件生產(chǎn)數(shù)量的增加，模具的溫度逐漸穩(wěn)定下來，工件的生產(chǎn)尺寸也就逐漸趨于穩(wěn)定了。

3 結(jié)語

綜上所述，汽車前軸的高溫鍛件在線測量方式的實際應用，可以有效獲得汽車前軸的三維數(shù)據(jù)，視點規(guī)劃方案可覆蓋前軸的關鍵尺寸，提出的機器人重復性數(shù)據(jù)拼合方式，誤差滿足測量檢測的相關要求。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來講，確認汽車前軸鍛件的關鍵尺寸，其在汽車前軸鍛件的在線檢測、生產(chǎn)趨勢分析過程中被廣泛應用，能夠有效提升汽車前后的生產(chǎn)效果，更能夠?qū)ιa(chǎn)工藝進行有效創(chuàng)新與改進。

參考文獻

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