SME測量系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)的應用及運行穩(wěn)定性提升

摘 要：本文詳細探討了SME測量系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)中的應用，重點描述了其關鍵組件、校準流程及工作機制，突出了系統(tǒng)在測量精度和自動化方面的顯著優(yōu)勢。面對運行中的挑戰(zhàn)，文章提出了切實可行的解決方案，包括關聯(lián)性分析、機器人軌跡優(yōu)化等，這些策略有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一次下線合格率。文章還介紹了SME全自動測量系統(tǒng)的上線過程，展示了其在提高生產(chǎn)效率、降低返修成本以及確保產(chǎn)品質(zhì)量方面的實際效益，證實了該系統(tǒng)在提升汽車制造工藝中的重要作用。

關鍵詞：SME測量系統(tǒng) 白車身生產(chǎn) 運行穩(wěn)定性 性能優(yōu)化 自動化測量

1 SME測量系統(tǒng)介紹

1.1 SME測量系統(tǒng)概述

SME測量系統(tǒng)，德文“Spaltmessen mit Mobilen Einheiten”，即“使用移動單元進行間隙測量”，旨在自動測量白車身相鄰部件間的尺寸，如翼子板與前門間隙和面差。該系統(tǒng)非接觸測量，在白車身沿板鏈移動時自動完成，測量裝置安裝在工業(yè)輕型機器人上，精確定位并同步移動至測量點，左右兩側(cè)各一機器人同步操作。與固定式測量單元相比，SME系統(tǒng)集成于單一外殼，便于移動和部署。

SME測量系統(tǒng)的移動性特別適用于汽車制造業(yè)，尤其白車身生產(chǎn)，快速適應不同生產(chǎn)線，工業(yè)輕型機器人的靈活性使其能對復雜汽車結(jié)構進行精確測量，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

北京奔馳裝焊車間SME測量系統(tǒng)作為生產(chǎn)流程的關鍵部分，精準監(jiān)控白車身尺寸，為質(zhì)量控制與工藝決策提供數(shù)據(jù)支撐。其及時反饋機制不僅提升了生產(chǎn)靈活性，還強化了產(chǎn)品質(zhì)量管理。此外，SME測量系統(tǒng)記錄的詳盡數(shù)據(jù)為工程師深入分析和優(yōu)化工藝提供了寶貴資源，增強了生產(chǎn)線對變化的快速響應能力和整體系統(tǒng)的適應性。SME測量系統(tǒng)的穩(wěn)定運作也有助于降低后續(xù)總裝車間的下線返修，在為總裝車間提供穩(wěn)定可靠的車身方面發(fā)揮了至關重要的作用。

1.2 SME測量系統(tǒng)組成及關鍵部件

該系統(tǒng)主要由以下幾個關鍵部件組成。

1.2.1 2D/3D輪廓傳感器

輪廓傳感器（分別發(fā)射紅光和藍光），測量原理是激光三角測量法，實際用于測量白車身尺寸的設備。

1.2.2 工業(yè)輕型機器人

用于定位和移動測量裝置，一個機器人上配備2個輪廓傳感器。將傳感器引導至車身的不同部位進行掃描。

1.2.3 Protics 6D位姿估計系統(tǒng)

由于6D位姿估計系統(tǒng)依賴于基于圖像的邊緣重疊算法來估計白車身位置，因此相機是系統(tǒng)中最重要的部分。我們使用IDS Imaging的UI-3000SE-C-HQ，分辨率為4104×3006像素。通過Protics相機拍照計算得到白車身的具體位置（x， y， z， A， B， C），并將白車身的位置與標準車身進行對比后得到偏移量，告知機器人當前車身相對于標準車身的具體位置。6D位姿估計系統(tǒng)是SME系統(tǒng)的核心，它通過實時監(jiān)測汽車的位置變化，指導機器人調(diào)整姿態(tài)，確保測量裝置能夠準確對準測量點。這一系統(tǒng)對于處理板鏈上白車身位置的不一致性至關重要。

1.2.4 軟件

Best fit visu/audit/history 是VMT測量軟件，Sunrise Workbench 是機器人調(diào)試軟件。

1.2.5 安全掃描儀

SME系統(tǒng)中的安全掃描儀能夠在檢測到障礙物或人員時立即停止機器人操作，從而保障人員和設備的安全。

1.3 SME測量系統(tǒng)的前期校準

校準是確保SME測量系統(tǒng)準確性的關鍵步驟。由于車身尺寸偏差或板鏈不穩(wěn)定等因素，白車身在運送到SME工位時位置不一。為避免碰撞，項目調(diào)試階段需設置標準車身（Golden Car）作為參考（如圖中紅色車所示），以便每輛白車身與之對照。將標準車身置于虛擬觸發(fā)位，系統(tǒng)可學習并記憶其測量點位置，為后續(xù)測量提供準確參考。校準后，SME站點能用6自由度跟蹤算法支持該車型的任何白車身。

1.4 SME測量系統(tǒng)的工作流程

SME測量系統(tǒng)的工作流程通常包括以下幾個步驟。

（1）系統(tǒng)初始化：打開光源，系統(tǒng)啟動。

（2）白車身姿態(tài)糾正：白車身依次經(jīng)過光觸發(fā)位、第一個擬合位和虛擬觸發(fā)位，在虛擬觸發(fā)位得到機器人偏移量。

（3）數(shù)據(jù)采集：白車身兩側(cè)的機器人各自攜帶傳感器移動到測量點對應的掃描位置，傳感器開始工作，掃描車身表面并開始采集數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)處理：收集到的數(shù)據(jù)被傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，進行分析和處理后得到測量結(jié)果。

（5）數(shù)據(jù)上傳：SME測量系統(tǒng)將每輛車的數(shù)據(jù)上傳至公司內(nèi)部數(shù)據(jù)軟件PLUS和IQ-VIS。

（6）反饋與調(diào)整：根據(jù)測量報告，相關人員對生產(chǎn)過程進行必要的調(diào)整，確保車身尺寸合格及穩(wěn)定。

在SME測量系統(tǒng)中，白車身在板鏈帶動下前進，經(jīng)過兩個關鍵觸發(fā)位：光觸發(fā)位（Light Trigger）和虛擬觸發(fā)位（Virtual Trigger）。當白車身到達光觸發(fā)位時，PLC會發(fā)送車型信息，系統(tǒng)隨即加載對應3D模型，并啟動旋轉(zhuǎn)編碼器記錄距離。此后，白車身進入“第一個擬合位置”（First Fit），Protics相機開始連續(xù)拍照，跟蹤其位置，以便算法精確計算白車身在虛擬觸發(fā)位時的偏移量。最終，白車身經(jīng)過虛擬觸發(fā)位，系統(tǒng)確定偏移量并發(fā)送給機器人，使其調(diào)整姿勢，確保傳感器能以正確的測量位測量白車身尺寸。

1.5 SME測量系統(tǒng)的優(yōu)勢

SME測量系統(tǒng)在裝焊車間中具有不可替代的重要性，其獨特優(yōu)勢包括以下內(nèi)容。

（1）技術創(chuàng)新：采用6D位姿估計系統(tǒng)，能精準定位白車身并調(diào)整機器人姿態(tài)，提高測量精度和可靠性。

（2）高度自動化測量：實現(xiàn)全自動化操作，靈活調(diào)整測量點，提升作業(yè)速度，減少人為干預，增強數(shù)據(jù)一致性和測量可靠性。

（3）精確控制與實時反饋：確保裝配精度，提升白車身外觀質(zhì)量，實時反饋功能使生產(chǎn)團隊能迅速響應尺寸偏差，優(yōu)化生產(chǎn)流程。

（4）數(shù)據(jù)記錄與成本效益：詳細記錄每輛車的測量數(shù)據(jù)，支撐即時質(zhì)量控制和長期工藝改進，減少返修和報廢，降低生產(chǎn)成本。

（5）安全保障：配備安全掃描儀，及時停止操作，保障生產(chǎn)現(xiàn)場安全。

綜上所述，SME測量系統(tǒng)憑借技術創(chuàng)新、自動化、高精度控制、實時反饋、詳盡數(shù)據(jù)記錄、成本效益分析和安全保障，在裝焊車間中成為確保外飾面尺寸交付的關鍵步驟。

2 SME測量系統(tǒng)性能優(yōu)化及一次下線合格率提升

2.1 Correlation

由于機器人運動精度對系統(tǒng)性能有直接影響，使用內(nèi)部軟件IQ-VIS進行CMM三坐標測量機與SME定期與進行數(shù)據(jù)對比校準（Correlation）成為提高精度的關鍵步驟（如下圖3所示）。每次做Correlation的時候的車數(shù)需要在5輛車以上，周期一般為一個季度1次。需要針對比對結(jié)果為SME偏差較大的測量點添加補償值，以確保SME測量的準確性。

同時，確保不同車型的SME測量點位置和參照基準與三坐標測量機的數(shù)據(jù)保持一致，對于維護測量數(shù)據(jù)的準確性至關重要。

2.2 機器人軌跡優(yōu)化

在機器人軌跡優(yōu)化方面，主要目的是通過調(diào)整機器人的運動路徑來減少碰撞風險和降低丟點率，從而提高測量精度。機器人軌跡優(yōu)化單點一般需要1h左右，需要2～5輛白車身。主要步驟可以分為三步：第一步，找到要調(diào)試的測量點的板鏈值，使白車身在該點設定的板鏈值附近停止前進；第二步，使用工具坐標（PTP）將機器人搖到測量位置，根據(jù)圖像調(diào)整機器人的位置并Touch；第三步，過車驗證，觀察軌跡優(yōu)化是否有效（圖4）。

為了更好的監(jiān)控SME丟點情況，工程師通過數(shù)據(jù)可視化圖表對每種車型每日的丟點情況進行日常管理與監(jiān)控，數(shù)據(jù)來源于內(nèi)部軟件IQ-VIS。MFA BS 三種車型的SME丟點率均可穩(wěn)定控制在2%以下，通過對MFA BS三種車型的軌跡進行精確控制，已經(jīng)顯著減少了測量丟點現(xiàn)象，證明了軌跡優(yōu)化措施的有效性。

2.3 調(diào)整手法改進

在操作人員的調(diào)整手法改進方面，通過優(yōu)化調(diào)整流程和減少人為誤差來提升系統(tǒng)的整體性能。提高操作效率和精確性是改進調(diào)整手法的關鍵目標。舉例而言，在白車身生產(chǎn)中，針對1-7-3測量點的案例分析顯示，出現(xiàn)的超差情況是因兩側(cè)加工人員調(diào)整手法略有差異所致。通過溝通，雙方一致將1-7-3點的面差控制在+0.5 ±1的公差帶內(nèi)。盡管這個要求有些苛刻，但依舊要根據(jù)要求進行生產(chǎn)，后續(xù)也從結(jié)果可以看出調(diào)整后，該測量點的穩(wěn)定性得到顯著提升（圖5）。

此外，面對批量性問題，工段會及時組織加工人員進行單點課程培訓，以改進調(diào)整手法并消除問題。這種主動的問題原因分析和手法改進是確保所有測量點均控制在規(guī)定公差范圍內(nèi)，從而保障整車質(zhì)量交付的關鍵。通過這種方法，我們不僅解決了即時問題，還提升了生產(chǎn)團隊對質(zhì)量控制的長期能力。

2.4 公差帶優(yōu)化

為適應生產(chǎn)需求和滿足總裝及客戶的特定需求，SME測量系統(tǒng)在公差帶優(yōu)化方面采取了靈活調(diào)整策略。以總裝前端區(qū)域為例，H247和H243車型該區(qū)域尺寸受撐桿和前杠裝配的影響，需要特別關注。針對兩種車型的這一共性問題，我們重新評估并調(diào)整預調(diào)值，將右側(cè)機蓋翼子板配合處7-8-2測量點的平順度公差帶從0±1調(diào)整為－1±1，我們利用偏置公差帶來優(yōu)化尺寸控制，最大限度地確保了白車身的尺寸精度。此項調(diào)整不僅減少了總裝車間的問題頻次，還顯著降低了返修量，從而提升了整體的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

要提高一次下線合格率基本必須有這些動作，綜合這些措施，旨在提升SME測量系統(tǒng)的整體性能和可靠性，確保生產(chǎn)過程的高效和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

3 SME全自動測量上線

3.1 上線背景

在全新一代梅賽德斯奔馳MMA平臺各車型融入過程中，SME全自動測量系統(tǒng)的順利上線及穩(wěn)定運行是重點工作內(nèi)容之一，對MMA項目的順利實施意義重大。

在上線之前，需要對MFA裝焊車間的測量設備背景及相關問題進行了解。

3.2 SME調(diào)試過程

針對MMA項目中的第一款CLA車型，SME測量系統(tǒng)的調(diào)試過程如圖6所示，一般需要2個月左右的時間。主要包括VMT軟件配置、Protics相機參數(shù)配置及調(diào)試、機器人測base、機器人程序優(yōu)化、MFU測試等主要步驟。

在這個過程中有幾個需要注意的點，首先是需要保證Protics相機拍照穩(wěn)定性，這樣才能確保之后測試時每輛車身的位置數(shù)據(jù)準確；其次是，機器人測base后，得到了機器人的位置和車（golden car）的位置會傳給Protics相機；最后，MFU測試，即使用1輛車連續(xù)過車25次來驗證設備穩(wěn)定性。

4 效益提升及推廣

SME全自動測量系統(tǒng)在MMA項目中的應用，顯著提高了裝焊車間的生產(chǎn)效率，其技術優(yōu)勢包括以下內(nèi)容。

（1）快速精確測量：系統(tǒng)能在不停線的情況下迅速完成白車身尺寸測量，保障生產(chǎn)連續(xù)性，降低人為錯誤。

（2）顯著成本節(jié)約：通過減少返修次數(shù)，SME系統(tǒng)全年可節(jié)省總裝下線返修成本，降低物料消耗與設備折舊等間接成本。以北京奔馳MFA總裝車間為例，全年總裝節(jié)省的下線返修時間約為：0.3（小時/天）×22（天/月）×12（月）=79.2小時，單車節(jié)省總裝下線返修成本約為：單車返修時間5/60（小時）×單月產(chǎn)量7500（輛）×12（月）×單人每小時工時費48（元）= 36萬元。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量提升：（a）VOCA尺寸類質(zhì)量顯著提高，問題數(shù)量減少，2024年VOCA尺寸類質(zhì)量表現(xiàn)較2023年上半年整體問題數(shù)量下降了40%。（b）總裝FTC指標提高，2024年上半年總裝FTC指標基本穩(wěn)定在98%以上，而2023年上半年在96%左右；總裝FTQ數(shù)量持續(xù)降低，2024年上半年基本穩(wěn)定在4左右，而2023年上半年在6到7左右。

這些優(yōu)勢不僅優(yōu)化了裝焊車間的測量流程，還為總裝車間提供了高質(zhì)量的車身，減少了返修，提高了整個汽車制造流程的效率和質(zhì)量。SME系統(tǒng)的成功上線為MMA平臺其他車型提供了可借鑒的案例，展現(xiàn)了其在汽車制造工藝中推廣應用的潛力。

5 結(jié)語

本文全面評估了SME測量系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)中的應用及其對生產(chǎn)流程穩(wěn)定性和效率的積極影響。得出以下結(jié)論。

（1）通過深入分析SME系統(tǒng)的組成、校準流程和工作機制，揭示了該系統(tǒng)在實現(xiàn)高精度動態(tài)測量和自動化操作方面的核心優(yōu)勢。

（2）實施的策略如機器人軌跡優(yōu)化等顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低了返修成本。

（3）詳細介紹了SME全自動測量系統(tǒng)的上線過程，包括項目背景、調(diào)試過程，其在提高生產(chǎn)效率、降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量方面具有顯著貢獻。

（4）SME測量系統(tǒng)具備應用推廣的能力，未來其他類似的測量系統(tǒng)如SMU也可借鑒SME的相關調(diào)試及測量經(jīng)驗。

未來，我們將進一步探索基于SME系統(tǒng)在更加多樣化生產(chǎn)場景下的應用，以推動汽車制造業(yè)的技術進步和質(zhì)量提升。

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