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據信息歸納到同一個坐標中，形成完整的數據，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構比較復雜，鍛造過程的精準程度不好控制。傳統的人工方式精準檢測只能在鍛件冷卻狀態下才能夠實施，因為熱脹冷縮，在冷卻狀態下的數據信息無法體現熱態時候的尺寸，無法為設計與創新改進提供參考。而在高溫狀態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，實現能源的節約?；阱懠鹊臋z測結果，能夠及時發現鍛造模具可能產生的磨損超差、開裂等問題，以免產生批次不合格的產品，避免帶來損失。在生產過程中能夠對鍛件的精度數據進行有效采集，有助于深入了解鍛件制造過程的尺寸變化趨勢，能夠為后續優化鍛造工藝、鍛模設計等奠定數據基礎，促進鍛造行業從自動化發展變為智能化。

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機器人與面結構光三維測量設備共同組成的。工業機器人的作用就是要變化測量位置與姿態，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據。為了能夠消除鍛件熱輻射對測量設備產生的影響，確保測量設備的溫度在工作溫度的范圍內，使用半導體冷卻裝置對測量設備內部溫度進行有效管控。

在進行測量操作前，根據備測物體的設計模型，劃分出關鍵的尺寸，并且進行視點規劃。在實際測量中，用機器人根據預先做好的規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，并且會向被測量物體投影，左右兩側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、解相等能夠將備測物體的局部三維數據進行快速重建，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據，并且對齊已經測量的數據信息坐標，直到測量出整個物體的三維數據信息。

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，導致測量數據的失真。不但會干擾城鄉，黑體輻射當中的近紅外還會出現熱效應，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，對測量精準度產生不良影響。所以，系統中通常會使用單通道藍色LED光源的投影儀，工業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，切實規避環境光與被測物體自身可見光輻射產生的影響。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，對測量精度產生極為不良的影響，藍光濾光片只能夠在可見光頻段發揮頻選作用，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?；诖耍軌蚯袑嵰种坪隗w輻射對測量產生的影響，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了。

1.2 測量視點的自動規劃

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特征，在測量過程中一定要進行嚴謹、詳細的規劃設計?？梢詫Ρ粶y物體的模型進行均勻分區，把前軸占據的空間均勻地劃分成4個區域，視點生成任務在不同區域中單獨操作。模型分區的根據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，對于結構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生的影響。

基于測量設備的視場與景深進行分區，所有分區當中依據視角特征進行劃分，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，來判斷成像質量的優劣，這樣能夠對視點進行有效篩選?；诖耍岢隽艘朁c測量質量的相關參數，測量質量相關的參數是視點測量質量具有的度量，其綜合考量候選視點特征中的官學可視性以及三維數據成像的質量，而測量質量參數偏高的視點，就會被當成是最終的測量視點。

1.3 無標志點數據信息的自動拼合

在完成視點規劃工作以后，為了確保所有視點獲得數據都能在一個坐標體系中統一，要明確所有視點至統一坐標體系的坐標轉換關系，因為汽車前軸的結構較為復雜，要求通過很多個視角進行測量，才能夠得到完整的數據信息。

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。

測量系統依據預先規劃好的視點，逐漸對高溫鍛件進行測量，驗證規劃視點的覆蓋面特征。用測量獲得的數據信息遵照拼合方法來統一坐標，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果中，用淺色部分代表設計模型，深色部分代表測量數據的覆蓋率，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，測量數據都會落在偏差區間內。對于某一個鍛件的測量結果來講，長短耳內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。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，能夠發現，生產初期因為模具溫度出現上升，工件的尺寸變化比較大，伴隨工件生產數量的增加，模具的溫度逐漸穩定下來，工件的生產尺寸也就逐漸趨于穩定了。

3 結語

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據，視點規劃方案可覆蓋前軸的關鍵尺寸，提出的機器人重復性數據拼合方式，誤差滿足測量檢測的相關要求。從數據分析結果來講，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效果，更能夠對生產工藝進行有效創新與改進。

參考文獻

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