手持式間隙面差測量系統(tǒng)在焊裝車間的應用

摘要：探討了一種手持式間隙面差測量系統(tǒng)在焊裝車間的應用，講述了此系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、測量原理、應用案例和影響測量精度的因素等。

關鍵詞：間隙面差；測量系統(tǒng)；調(diào)試過程；測量過程；系統(tǒng)價值

作為整車制造的重要一環(huán)，車身的間隙面差精度直接決定了車身外觀的好壞，也就往往決定了消費者對汽車的第一印象。同時，對汽車間隙面差的監(jiān)控能夠反映車輛生產(chǎn)上下游的一系列問題，因此如何檢測間隙面差以及提高車身的間隙面差品質(zhì)是各汽車生產(chǎn)廠的重點工作之一。

汽車零部件在焊接拼裝過程中，因后續(xù)裝配或產(chǎn)品外觀要求，需要對車身多個部位的間隙與面差進行檢測和控制。目前汽車車身的間隙面差測量工具主要為間隙尺和面差尺，測量方式為測量人員手持工具測量，但是這種測量方式存在節(jié)拍慢、測量結(jié)果受測量角度與測量位置影響大的缺陷，測量結(jié)果的準確性與客觀性受到影響，且無法進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

目前越來越多的汽車公司開始尋求一種新的測量間隙面差的方案，以提升檢測準確性及便捷程度，優(yōu)化人力資源配置，目前有機器人在線測量間隙面差和手持式測量間隙面差測量系統(tǒng)。相較于機器人在線測量間隙面差，手持式間隙面差測量系統(tǒng)測量速度與測量精度一樣高，且無需精確定位駕駛室位置，具備靈活性高、可在線、可離線測量等特點。

系統(tǒng)構(gòu)成及測量原理

1.系統(tǒng)構(gòu)成

手持式間隙面差測量系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。其中，硬件部分包括手持式測量槍、工控機、大屏顯示子系統(tǒng)及射頻識別掃碼（Radio Frequency Identification，RFID）讀寫頭等。軟件部分包括安裝在線邊工控機上的專業(yè)測量軟件。

（1）手持式測量槍 通信形式有有線和無線兩種，測量方便靈活，完全手持式獨立運行的傳感器，可不借助計算機或其他設備進行測量、查看數(shù)據(jù)和表面輪廓圖，用于獲取間隙形貌的3D空間坐標并結(jié)合工控機測量軟件計算準確的間隙面差值。

（2）工控機 用于安裝專用測量軟件、收集統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)及與可編輯邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）通信。

（3）大屏顯示子系統(tǒng) 用于實時顯示所有測點間隙和面差數(shù)據(jù)，以及各個測點的趨勢圖。后臺軟件支持多屏異顯功能，分別展示車身各個位置測量結(jié)果，為不同工位操作員提供參考。

（4）RFID讀寫頭 用于讀取滑撬載碼體中駕駛室信息，將讀取信息反饋給PLC。

2.運行環(huán)境及性能參數(shù)

以某品牌的手持式間隙面差測量系統(tǒng)為例，其性能參數(shù)及運行參數(shù)要求見表1。

3. 測量原理及方法

（1）測量原理 在線檢測系統(tǒng)是一種基于視覺檢測技術和激光技術的在線非接觸測量系統(tǒng)，其3D激光傳感器是基于三角測量原理設計，利用線狀激光構(gòu)造被測特征，獲得被測特征的表面信息[1]。

手持式間隙面差間隙面差是基于三角測量原理和雙目立體視覺原理，利用雙邊傳感器的激光線獲取卷邊內(nèi)部形貌，同時從兩個視角獲取間隙內(nèi)部完整輪廓，避免了單側(cè)傳感器測量不準確或旋轉(zhuǎn)帶來的操作不便。雙傳感器不同曝光，在不同材質(zhì)和顏色上均可以同時獲取高質(zhì)量圖像。

（2）測量方法 間隙測量方法有兩種。方法一：兩個確定的測量點，在一確定投影邊上的投影點間的距離。P1和P2為測量點，L1為投影邊，如圖1所示。

方法二：一個確定的測量點，與一確定基準邊的垂直距離。P3為測量點，L2為投影邊，如圖2所示。

面差測量方法則 測量邊上一個確定的測量點，與一確定基準邊的垂直距離。L3為基準邊，P4為測量點，如圖3所示。

應用案例

1.平面布局

某公司調(diào)整線采用手持式間隙面差測量系統(tǒng)，其中檢測人員數(shù)量和手持式測量槍數(shù)量由駕駛室生產(chǎn)節(jié)拍、測點數(shù)量及測點位置決定?，F(xiàn)場平面布局如圖4所示，人員配備2人，手持式測量槍配備2把，RFID讀寫頭1個，工控機1臺，大屏顯示子系統(tǒng)包含顯示屏4臺。

2.測點選取

根據(jù)產(chǎn)品匹配標準，并且參考之前測點檢測操作性選取測點，測點主要分布在白車身車門與側(cè)圍區(qū)域，如圖5所示，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7及S8就是需要檢測的間隙面差點位（左右對稱）。

3.調(diào)試過程

在設備安裝之后，要進行設備配置、軟件調(diào)試、一致性對比等工作。

（1）設備配置 工控機與手持式測量槍支持2.4G無線和5G無線連接，將工控機與手持式測量槍連接在同一個無線網(wǎng)絡，之后在專業(yè)測量軟件待添加列表中添加已連接的測量槍，如圖6所示。

（2）軟件調(diào)試 在專業(yè)測量軟件中創(chuàng)建檢測計劃，配置當前測量計劃的名稱、車型、工位號以及工廠等信息。配置完成后繼續(xù)配置計劃部件，將車門部件圖上傳，設置部件名稱，之后在車門部件圖片中，依據(jù)圖5設置檢測點。

測點添加后，角類型默認為卷邊，各參數(shù)若未配置，則以默認參數(shù)生效。測點新建后，可修改測點名稱，完善測點類型，設置各項數(shù)值的參考值、公差等，通過設備選項，可設置手持式檢測槍的曝光、亮度、測點姿態(tài)指示是否啟用及各項指示參數(shù)，具體根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場及標準設置。系統(tǒng)會自動保存設置的參數(shù)，如果需要添加多個測量點，重復該步驟即可。

創(chuàng)建和設置檢測計劃完成后，可以將專業(yè)測量軟件中的檢測計劃下載傳遞至手持式檢測槍，后續(xù)可進行檢測。

（3）一致性對比 一致性對比是為了檢查人工用手持式間隙面差測量系統(tǒng)與面差尺、間隙尺測量的結(jié)果是否一致。通過在同一臺白車身相同測量位置分別用測量槍和面差尺、間隙尺測量，對比不同工具的檢測結(jié)果，要求測量點檢測結(jié)果差距在±0.2mm以內(nèi)，若測量結(jié)果未在要求之內(nèi)，則調(diào)整測量計劃設置的參數(shù)，以達最終測量結(jié)果滿足要求。

4.測量流程

自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）通過滑撬承載駕駛室運行至測量工位，AGV將到位信息傳遞給PLC，RFID讀寫頭讀取滑撬載碼體中駕駛室車型信息與唯一碼，然后將信息傳遞給PLC，PLC將車型信息及唯一碼傳遞給手持式間隙面差測量系統(tǒng)，手持式測量槍跳轉(zhuǎn)檢測界面，人工手持進行檢測。測量完所有測點后，測量系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)與駕駛室唯一碼（標簽）一一綁定，在手持式測量槍（見圖7）和顯示大屏顯示（見圖8）。

5.系統(tǒng)價值

（1）質(zhì)量追溯 通過對白車身車門間隙面差100%的測量，并且將駕駛室信息（唯一碼）與檢測數(shù)據(jù)一一綁定，若后期出現(xiàn)相應質(zhì)量問題，可以進行數(shù)據(jù)質(zhì)量追溯，找到相應駕駛室的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

（2）測量速度快、檢測能力強、工位柔性高 測量速度快，單點測量時間小于0.5s（僅視覺測量時間，不包含人工操作時間）；雙傳感器設計，可以獲取間隙內(nèi)部形貌，測量精度達±0.05mm；支持多車型、多顏色混線檢測，能自動調(diào)取對應測量計劃，對于新增車型無需額外增加測量硬件，無需重復進行調(diào)試；支持左右色差較大的工件、透明件、高反光件等高難度工件檢測。

（3）多屏顯示，高效協(xié)同 一套系統(tǒng)連接多個顯示大屏，實時展示不同位置數(shù)據(jù)測量結(jié)果，為不同工位操作員提供參考，用于實時指導操作者安裝調(diào)整車門。

（4）數(shù)據(jù)可視，決策智能 數(shù)據(jù)軟件分析平臺具有豐富的統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control，SPC）功能，能提供穩(wěn)定過程能力指數(shù)（Capability Indies of Process，CP）/過程性能指數(shù)（Performance Indies of Process，PP）、車身制造綜合誤差指數(shù)（Continuous Improvement Indicator，CII）及合格率等統(tǒng)計報表，趨勢圖、相關性趨勢圖、直方圖等數(shù)據(jù)分析圖表，Excel和PDF等格式報表，可以根據(jù)駕駛室信息或報告生成時間來檢索，提供數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析的一站式服務，指導汽車生產(chǎn)工藝優(yōu)化。

測量精度的影響因素

1.光線的影響

測量特征的圖像清晰度和測量穩(wěn)定性的關鍵因素是光照強度，其直接影響著圖像掃描結(jié)果，在測量工位硬避免陽光直射，應保持測量工位光照強度在一定范圍內(nèi)。

2.測量特征的影響

當間隙面差特征組成的兩個面為平面或者曲率較小，且基本平行時，測量穩(wěn)定性較高；當兩個面曲率較大、兩個面呈一定夾角或與X/Y/Z三個方向都有夾角時，測量穩(wěn)定性較差，一般在選定測量點時盡量避開此類裝置[2]。例如，選擇駕駛室A柱與車門之間的測點，A柱區(qū)域弧面較大，測點在此區(qū)域的兩個法向量皆不與X/Y/Z平行，且兩個法向量有較大的夾角，在該區(qū)域中不容易獲取準確的法向量，因該區(qū)域測量穩(wěn)定性較差，所以一般不選取。

3.人工測量出現(xiàn)的誤差

手持式間隙面差測量槍由人工操作進行測量車門間隙面差，車門與側(cè)圍是由平面磁鐵進行吸附平整，吸附力有限，測量槍前部附帶測量支架，測量支架與車門接觸，若人工用力過大，會使車門在Y向產(chǎn)生平移，影響檢測結(jié)果；另一方面人工檢測對于間隙面差無法保證一致性，測量角度與位置會存在一定差異性，對于檢測結(jié)果會有一定影響。

結(jié)語

通過應用手持式間隙面差測量系統(tǒng)，可以實現(xiàn)白車身車門間隙面差100%的測量。通過將駕駛室唯一碼與檢測數(shù)據(jù)一一綁定，實現(xiàn)質(zhì)量追溯功能，具備超高精度、超大視場及檢測速度快等特點，可柔性測量，不挑車型，同時多屏異顯，高效協(xié)同，利用數(shù)據(jù)可視化，推進決策智能，對白車身車門間隙面差的質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量追溯和問題分析有主要作用。

參考文獻：

[1] 杜坤，吳衛(wèi)楓，吳茜茜.在線檢測技術在白車身焊裝生產(chǎn)線的應用[J].汽車制造業(yè)，2017（8）：3.

[2] 吳國輝.車身間隙面差在線測量技術及應用[J].汽車實用技術，2022，47（16）：123-127.