3D 在線測(cè)量系統(tǒng)在白車身上的應(yīng)用現(xiàn)狀

張艷清

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引言

3D 在線測(cè)量技術(shù)作為一種高效精準(zhǔn)的測(cè)量手段，相比傳統(tǒng)的測(cè)量工藝，具有測(cè)量速度快、準(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性好、更高的對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用到航空，汽車等工業(yè)領(lǐng)域。隨著3D在線測(cè)量技術(shù)、PLC 自動(dòng)化控制技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的有效結(jié)合，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用到白車身的四門、機(jī)蓋、尾門、主地板，前端后端以及側(cè)圍等部件，成為車身裝配以及檢測(cè)車身零部件質(zhì)量的重要手段。北京奔馳引進(jìn)戴姆勒奔馳公司先進(jìn)的3D 在線測(cè)量技術(shù)，主要對(duì)車身的各個(gè)零部件以及車身總成裝配進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。IMT 3D 在線測(cè)量系統(tǒng)在裝焊車間的應(yīng)用結(jié)果表明，IMT 3D 在線測(cè)量設(shè)備在時(shí)間效益、測(cè)量質(zhì)量、智能化自動(dòng)化、設(shè)備穩(wěn)定性甚至在產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法。以北京奔馳裝焊車間為背景，介紹3D 在線測(cè)量系統(tǒng)在裝焊車間的應(yīng)用以及控制原理。同時(shí)介紹北京奔馳關(guān)于在線測(cè)量技術(shù)的工藝流程，在裝焊車間起著質(zhì)量把關(guān)的作用。

1 3D 在線測(cè)量系統(tǒng)組成

3D 在線測(cè)量系統(tǒng)主要由3D 測(cè)量傳感器、圖像采集卡、在線測(cè)量控制器、測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人以及PLC 等組成。

（1）3D 測(cè)量傳感器。3D 測(cè)量傳感器是該系統(tǒng)中主要的采集信息機(jī)構(gòu)，工作時(shí)由傳感器發(fā)射端發(fā)出的激光打在白車身上，此時(shí)傳感器接收端會(huì)收到相應(yīng)的光信號(hào)，傳感器會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓模擬量信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給采集卡。

（2）圖像采集卡。圖像采集卡主要工作任務(wù)是將傳感器傳來(lái)的模擬量信號(hào)，通過內(nèi)部邏輯轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)，并將信號(hào)通過接口傳輸給控制器。

（3）在線測(cè)量控制器。在線測(cè)量控制器作為該系統(tǒng)中的核心部件，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)分析，樣本編輯，參數(shù)設(shè)定以及與PLC、機(jī)器人之間信號(hào)交互等主要任務(wù)，主要由PC 機(jī)、通信交換機(jī)、人機(jī)顯示界面、鍵盤、鼠標(biāo)以及軟件系統(tǒng)組成。

（4）測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。由3 個(gè)陶瓷立柱組成，用于校準(zhǔn)生產(chǎn)過程中各個(gè)機(jī)械連接件之間裝配產(chǎn)生的誤差以及由于周圍環(huán)境溫度導(dǎo)致系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)生微小變化而產(chǎn)生的誤差。北京奔馳采用的3D 在線測(cè)量系統(tǒng)每三分鐘就會(huì)自動(dòng)校驗(yàn)一次，產(chǎn)生的偏差會(huì)通過控制器補(bǔ)償給機(jī)器人所使用的Base 坐標(biāo)。

（5）機(jī)器人。機(jī)器人作為測(cè)量系統(tǒng)中主要的執(zhí)行裝置，與測(cè)量控制系統(tǒng)，PLC 等進(jìn)行通信，以及配合下屬相應(yīng)設(shè)備完成在線測(cè)量工作。

（6）PLC。是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總指揮官，主要負(fù)責(zé)工裝夾具狀態(tài)，各種信號(hào)交互以及工作時(shí)序。

以北京奔馳裝焊車間現(xiàn)場(chǎng)使用的3D 在線測(cè)量技術(shù)為例，說(shuō)明在線測(cè)量系統(tǒng)的搭建，如圖1 所示。

圖1 3D 在線測(cè)量系統(tǒng)

北京奔馳裝焊車間選用德國(guó)ISRA Vision AG 公司生產(chǎn)的3D 在線測(cè)量傳感器作為圖像采集的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)線連接圖像采集卡，圖像采集卡主要將傳感器收集到的圖像信息傳換成數(shù)字量信號(hào)，通過PCI 插槽連接控制器，由ISRA Vision AG 公司開發(fā)集成的控制器作為該測(cè)量系統(tǒng)的處理機(jī)構(gòu)。校準(zhǔn)陶瓷柱由ISRA Vision AG 公司設(shè)計(jì)提供專門用于該系統(tǒng)校驗(yàn)傳感器偏差。

2 3D 在線測(cè)量系統(tǒng)工藝介紹及控制原理

2.1 工藝介紹

為了提高生產(chǎn)效率，北京奔馳MFA2 裝焊車間采用3D 在線測(cè)量技術(shù)，對(duì)白車身四門兩蓋，前端，后端，主地板以及側(cè)圍進(jìn)行尺寸檢測(cè)，以確保車身質(zhì)量穩(wěn)定性。通過自身測(cè)量ABC 三個(gè)立柱數(shù)據(jù)，計(jì)算出每次差值，用以補(bǔ)償機(jī)器人由于溫度導(dǎo)致的誤差。從而得出精確的車身數(shù)據(jù)，測(cè)量系統(tǒng)將得到的測(cè)量結(jié)果傳送給PLC。測(cè)量過程中超出參數(shù)設(shè)定的誤差范圍，測(cè)量系統(tǒng)會(huì)通過PLC 來(lái)提醒工裝組人員對(duì)車身進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)量，找到車身尺寸不合格原因。圖2 分別是系統(tǒng)測(cè)量右前門基準(zhǔn)孔的測(cè)量圖及相應(yīng)的尺寸偏差圖。

2.2 系統(tǒng)控制原理

測(cè)量機(jī)器人、抓手機(jī)器人、夾具、測(cè)量系統(tǒng)均由外部控制系統(tǒng)PLC 進(jìn)行控制。該系統(tǒng)主要由兩個(gè)人機(jī)界面可以供現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行操作，測(cè)量人機(jī)界面主要是對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)定以及監(jiān)控車身質(zhì)量，PLC 人機(jī)操作界面主要用于跳轉(zhuǎn)時(shí)序以及監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

機(jī)器人系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)都有各自獨(dú)立的電氣控制單元以及相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中由PLC 作為主控制單元，通過PLC 來(lái)控制機(jī)器人和測(cè)量系統(tǒng)。機(jī)器人引用戴姆勒集團(tuán)開發(fā)編輯的在線測(cè)量語(yǔ)句包，通過機(jī)器人程序?qū)ο嚓P(guān)語(yǔ)句包的調(diào)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)構(gòu)的照相功能。測(cè)量傳感器將照片信息通過數(shù)據(jù)線傳輸給圖像采集卡，圖像采集卡將收到的模擬量信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信息，通過PCI 插槽傳輸給在線測(cè)量系統(tǒng)的控制器。控制器系統(tǒng)通過內(nèi)部軟件對(duì)接收到的圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果反饋給PLC。

正常生產(chǎn)過程中，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)處在自動(dòng)模式下，PLC 控制抓手機(jī)器人從上一個(gè)工位將工件抓取到測(cè)量工位工裝胎上，工裝胎上的傳感器感應(yīng)到工件后將信號(hào)傳給PLC，PLC 向工裝胎發(fā)出夾緊夾具指令。夾具夾緊并將夾緊到位信號(hào)傳給PLC，PLC收到到位信號(hào)后，將開始測(cè)量信號(hào)發(fā)送給測(cè)量機(jī)器人以及測(cè)量系統(tǒng)。此時(shí)PLC 未能收到機(jī)器人HOME 位信號(hào)后，則需要檢查原因并重新發(fā)送開始信號(hào)。若收到HOME 位置信號(hào)，PLC 將向測(cè)量機(jī)器人和測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的任務(wù)號(hào)，測(cè)量機(jī)器人收到任務(wù)號(hào)后，會(huì)調(diào)取相應(yīng)車型主程序，并協(xié)同測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量工作，測(cè)量結(jié)束后，測(cè)量系統(tǒng)會(huì)將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給PLC，PLC 會(huì)根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇重新測(cè)量還是結(jié)束并開始下一個(gè)循環(huán)。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)工作過程如圖3 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

圖2 右前門基準(zhǔn)孔測(cè)量結(jié)果

圖3 測(cè)量系統(tǒng)工作流程

3D 在線測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用到北京奔馳裝焊車間的測(cè)量體系，在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)出測(cè)量的穩(wěn)定性、時(shí)效性以及高智能化等特征。對(duì)白車身質(zhì)量的檢測(cè)達(dá)到北京奔馳剔試間以及三坐標(biāo)辦公室的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)該系統(tǒng)的引入，不僅取代人工使用塞尺測(cè)量的傳統(tǒng)方法，而且大大節(jié)省公司的人工成本，提高整個(gè)生產(chǎn)線的節(jié)拍。