總裝車身間隙平度動(dòng)態(tài)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

摘要：對(duì)比了總裝車間進(jìn)行四門兩蓋間隙平度測(cè)量的方法，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹在線動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和核心技術(shù)。此系統(tǒng)通過設(shè)置車身定位激光器及同步控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)情況下的車身待測(cè)量點(diǎn)位置的跟蹤和反饋，由機(jī)器人攜帶激光測(cè)量系統(tǒng)完成位置同步和間隙平度的高精度測(cè)量，解決了工業(yè)生產(chǎn)中車身位置波動(dòng)帶來(lái)的影響，同時(shí)通過安全光柵和預(yù)觸發(fā)系統(tǒng)保證了流水線生產(chǎn)的安全性及設(shè)備開動(dòng)率。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)測(cè)量；激光定位；安全防護(hù)

隨著汽車的普及和消費(fèi)升級(jí)，用戶不僅僅關(guān)注功能，也更關(guān)注車輛外形。車輛外形中，四門及前后蓋、大燈等零件和車身的間隙平度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。間隙平度不合格，會(huì)影響車輛的整體外觀形象，也會(huì)導(dǎo)致車輛風(fēng)阻系數(shù)發(fā)生變化，帶來(lái)行駛噪聲和油耗的增加[1]。所以各個(gè)車企，尤其是龍頭車企日益重視間隙平度的控制。

間隙平度測(cè)量方法發(fā)展

汽車行業(yè)，傳統(tǒng)的門蓋間隙平度在線檢測(cè)是人工用塑料塞尺進(jìn)行，效率低下且和人員狀態(tài)有關(guān)。近幾年也有一些整車廠利用激光系統(tǒng)進(jìn)行間隙平度測(cè)量，綜合利用測(cè)量、圖像傳感、圖像處理等技術(shù)有機(jī)融合，具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)。不過多是靜態(tài)測(cè)量，受到的限制較多。本文采用了全新的在線動(dòng)態(tài)激光測(cè)量系統(tǒng)，能滿足60JPH（件/h）下的高速多車型動(dòng)態(tài)測(cè)量。此系統(tǒng)綜合了機(jī)器人、激光測(cè)量、激光定位、數(shù)據(jù)處理及圖像處理等技術(shù)，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)解決了總裝生產(chǎn)過程中車型外觀復(fù)雜性、顏色多樣性、車身位置不確定性情況下動(dòng)態(tài)測(cè)量間隙平度的問題。檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在下一工位，用于指導(dǎo)操作者針對(duì)性進(jìn)行在線返工，提高車輛質(zhì)量。結(jié)果同時(shí)也發(fā)送到企業(yè)的質(zhì)量控制平臺(tái)，用于進(jìn)行故障車記錄和管理。

間隙平度測(cè)量方案

如圖1所示，測(cè)量系統(tǒng)安裝在塑料板式帶兩側(cè)，由車身定位系統(tǒng)、激光測(cè)量系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)組成。車輛到達(dá)指定工位后，會(huì)觸發(fā)車輛探測(cè)器。車輛探測(cè)器探測(cè)到車輛后開始起動(dòng)系統(tǒng)工作。同步控制系統(tǒng)通過編碼器準(zhǔn)確反饋車輛在板式帶上移動(dòng)的距離，得到X向的位置。同時(shí)車身定位系統(tǒng)能準(zhǔn)確識(shí)別車輛在Y向上的偏移，通過每側(cè)前后兩個(gè)定位激光器，能識(shí)別車身Y向偏移和扭轉(zhuǎn)角度，結(jié)合X向的位移，車身定位系統(tǒng)能識(shí)別車輛的空間位置和理想位置的偏差。左右兩側(cè)的機(jī)器人根據(jù)預(yù)設(shè)的軌跡曲線并結(jié)合定位偏差帶動(dòng)測(cè)量探頭到達(dá)預(yù)設(shè)位置，進(jìn)行間隙和平度的測(cè)量。測(cè)量結(jié)果會(huì)顯示在狀態(tài)顯示器上，指導(dǎo)返工人員進(jìn)行不合格測(cè)量點(diǎn)的精準(zhǔn)返工。

檢測(cè)設(shè)備及原理

目前間隙平度測(cè)量主要在焊裝車間和總裝車間應(yīng)用，相對(duì)于焊裝白車身測(cè)量，總裝采用的是相對(duì)測(cè)量，由于車身顏色多樣性，零件材料多樣性導(dǎo)致測(cè)量難度更大。為克服這些影響，當(dāng)前主流技術(shù)是采用雙激光頭進(jìn)行測(cè)量，雙激光頭能保證縫隙的每一側(cè)都能被激光覆蓋到，并且能依據(jù)每一側(cè)的材質(zhì)和反光效果來(lái)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，確保在不同截面、不同材料的情況下都獲得最佳的測(cè)量效果。

1.設(shè)備構(gòu)成

總裝間隙平度動(dòng)態(tài)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)由同步跟蹤模塊、測(cè)量模塊、安全防護(hù)模塊、信息處理模塊及人機(jī)交互模塊組成。

（1）同步跟蹤模塊" 同步跟蹤模塊負(fù)責(zé)跟蹤車輛位置，觸發(fā)測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)測(cè)量車輛在板式帶上的Y向位置（垂直于車身方向）及X向位置，確保機(jī)器人能帶著測(cè)量激光頭移動(dòng)到規(guī)定位置。由于車輛是在板式帶上移動(dòng)，車輛Y向位置偏差會(huì)達(dá)到2cm，X向的位置始終在動(dòng)態(tài)變化。

若車身位置不準(zhǔn)，會(huì)存在如下兩方面問題：

1）激光入射角度和預(yù)判的角度不同，距離也不同，會(huì)影響測(cè)量的精度。

2）由于待測(cè)點(diǎn)是預(yù)先設(shè)置，間隙平度的理論合格范圍也是根據(jù)預(yù)設(shè)位置來(lái)確定的，若由于車輛定位精度導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量點(diǎn)和預(yù)設(shè)點(diǎn)不同，測(cè)量結(jié)果反映不了預(yù)設(shè)位置的實(shí)際狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備誤判。

因此，車輛位置定位及定位點(diǎn)位置準(zhǔn)確性是系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素之一。為確保測(cè)點(diǎn)位置準(zhǔn)備，系統(tǒng)設(shè)置兩套編碼器進(jìn)行位置同步，精準(zhǔn)計(jì)算X向位移量，同時(shí)在左右側(cè)各安裝一套靜態(tài)測(cè)量激光器，來(lái)進(jìn)行車輛Y向偏轉(zhuǎn)測(cè)量，實(shí)時(shí)把位置信息發(fā)送給中央控制系統(tǒng)，在動(dòng)態(tài)測(cè)量中及時(shí)進(jìn)行位置的修正。

（2）測(cè)量模塊" 由機(jī)器人和測(cè)量激光器組成，每套設(shè)備左右兩側(cè)各安裝一套機(jī)器人。機(jī)器人上攜帶測(cè)量頭，測(cè)量頭由兩個(gè)測(cè)量激光器組成，如圖2所示。

（3）安全防護(hù)模塊" 由安全護(hù)欄、對(duì)射光柵、人員識(shí)別圖像處理系統(tǒng)及聲音提示系統(tǒng)組成，是防止人員誤入測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部，造成人員傷害和生產(chǎn)停臺(tái)的控制模塊。同時(shí)在入口裝有傳感器，檢測(cè)車輛的門蓋是否已經(jīng)關(guān)上，若門或前后蓋沒有關(guān)閉，系統(tǒng)報(bào)警并停下生產(chǎn)線，避免測(cè)量不準(zhǔn)甚至刮壞車身和傳感器。

（4）信息處理模塊" 是中控系統(tǒng)，用于控制設(shè)備各個(gè)部件按流程運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)間隙平度數(shù)據(jù)的獲取及處理。

2.設(shè)備原理

利用傳感器精確取得待測(cè)點(diǎn)的特征是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)，但是由于車輛外部特征多樣性，如卷邊、斜邊、銳邊、T形間隙、H形間隙、平行間隙及零間隙等，需要提前定義好各種情況下的計(jì)算規(guī)則，確保每次測(cè)量都按照同樣規(guī)則才能保證準(zhǔn)確性。如圖3所示，是本案例涉及的幾種典型間隙的樣本。由于各個(gè)車型不同部位的間隙和平度的理論值不盡相同，所以在前期需要定義測(cè)量點(diǎn)的位置及各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的理論值及公差。設(shè)備安裝調(diào)試后，在模型學(xué)習(xí)階段，要引導(dǎo)機(jī)器人走到這些預(yù)定義的點(diǎn)位，進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算。測(cè)量點(diǎn)的選取上，在考慮質(zhì)量控制的必要性基礎(chǔ)上，要盡量選取車輛移動(dòng)方向上間隙平度變化量小的點(diǎn)，避免由于機(jī)器人定位偏差導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果和理論值偏差。

調(diào)試注意事項(xiàng)

此設(shè)備是動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行激光測(cè)量，在項(xiàng)目安裝調(diào)試中，除傳統(tǒng)的光線處理、相機(jī)選型、軟件算法等問題外，還要注意如下幾點(diǎn)。

1）測(cè)量結(jié)果是用于指導(dǎo)返工人員進(jìn)行判斷和定點(diǎn)修理的，所以除在檢測(cè)工位需要顯示正在檢測(cè)的車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)外，還需要在設(shè)備完成檢測(cè)后的返工工位顯示操作者正在返工的車輛的實(shí)際狀態(tài)，此點(diǎn)和常規(guī)設(shè)備的實(shí)時(shí)顯示有差異，需要在項(xiàng)目前期予以考慮。

2）動(dòng)態(tài)測(cè)量不同于隨動(dòng)安裝和靜態(tài)測(cè)量，除要考慮設(shè)備測(cè)量系統(tǒng)的精度外，還要考慮同步系統(tǒng)的定位精度。所以除通過觸發(fā)系統(tǒng)、同步編碼器及機(jī)器人控制上提高機(jī)器人導(dǎo)向的定位精度外，在前期測(cè)量點(diǎn)的選擇上，要避免選擇銳變點(diǎn)，即使機(jī)器人定位有微小偏差，理論公差也不會(huì)變化，從而縮小定位系統(tǒng)帶來(lái)的影響。

3）設(shè)備投入使用前需要進(jìn)行相似度測(cè)試，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。相似度測(cè)試時(shí)質(zhì)保人員利用手持式工具測(cè)量待測(cè)點(diǎn)，和設(shè)備測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比。由于人工測(cè)試時(shí)存在角度、手法因素，所以要確保相似度測(cè)試人員穩(wěn)定，且每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量，取均值。

數(shù)據(jù)處理

此設(shè)備開發(fā)目標(biāo)如下：

1）檢測(cè)車輛間隙平度值，進(jìn)行合格性判斷，取代質(zhì)量檢查人員。

2）間隙平度匹配狀態(tài)數(shù)字化，通過測(cè)量結(jié)果大數(shù)據(jù)分析調(diào)整人員習(xí)慣，優(yōu)化調(diào)整人員調(diào)整方法。

3）分析調(diào)整前數(shù)據(jù)，和焊裝車間數(shù)據(jù)對(duì)比，確認(rèn)車身經(jīng)過涂裝高溫、總裝裝配后的形變量，通過趨勢(shì)分析優(yōu)化焊裝工裝輔具及預(yù)留量，減少總裝調(diào)整工時(shí)。

為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就需要保證各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)通用性，便于進(jìn)行跨工位、跨車間、跨部門分析。要提前定義測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)格式。本案例的項(xiàng)目中，前期測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)，和焊裝設(shè)備負(fù)責(zé)人及質(zhì)量分析負(fù)責(zé)人進(jìn)行溝通，選取關(guān)鍵的相同的測(cè)量點(diǎn)位。同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)點(diǎn)命名、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)總裝數(shù)據(jù)、焊裝數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，能在遠(yuǎn)程跟蹤同一底盤號(hào)車輛在焊裝和總裝的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同車輛相同位置的大批量測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)對(duì)比及同一車輛相同測(cè)量位置的測(cè)量結(jié)果單點(diǎn)對(duì)比分析。分析人員通過數(shù)據(jù)分析可以確認(rèn)變化量，對(duì)焊裝車間的工裝輔具進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整焊裝的間隙平度控制值，針對(duì)性的預(yù)留變化量， 減少總裝調(diào)整工時(shí)。

結(jié)語(yǔ)

文章系統(tǒng)闡述了間隙平度動(dòng)態(tài)測(cè)量原理和設(shè)備架構(gòu)，結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)介紹了實(shí)際項(xiàng)目中涉及安全的注意事項(xiàng)和調(diào)試中的問題并針對(duì)設(shè)備測(cè)量結(jié)果的再利用進(jìn)行了講解。

隨著國(guó)家制造技術(shù)升級(jí)戰(zhàn)略的推進(jìn)和人力成本的提升及對(duì)質(zhì)量要求的日益提高，這種間隙平度自動(dòng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用會(huì)逐漸普及，希望本文能為此技術(shù)的推廣提供幫助。

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