三維掃描技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)裝配線的應(yīng)用

馬剛

摘要：通過掃描的方式獲取事物的三維信息，再將獲取的信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，將數(shù)字信號再交由電子計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的技術(shù)被稱為三維掃描技術(shù)，這種掃描方式不僅掃描精讀非常高，而且掃描速度也非常快。三維掃描技術(shù)主要可分為非接觸式和接觸式兩種方式，本文主要基于三維掃描技術(shù)原理，對其在汽車發(fā)動機(jī)裝配領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：配置線;汽車發(fā)動機(jī);三維掃描;應(yīng)用

三維掃描曾被用于逆向工程的設(shè)計(jì)以及建筑物測量等領(lǐng)域，其本身屬于視覺技術(shù)應(yīng)用范疇，具有非常明顯的掃描速度快、掃面準(zhǔn)確度高、應(yīng)用范圍廣等諸多有點(diǎn)[1] 。隨著科技的不斷發(fā)展，三維數(shù)字化技術(shù)逐漸趨于成熟，在當(dāng)今社會的各個領(lǐng)域中都可以看到，三維數(shù)字化信息以各種不同的特色和風(fēng)貌存在。三維掃描儀是將檢測物體的彩色信息通過掃描的方式進(jìn)行獲取，然后再將獲取后的立體彩色信息轉(zhuǎn)化為三維的數(shù)字模型，最后再通過計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行處理的一種數(shù)字化儀器。由于通過三維掃描儀而提取出來的圖像信息，使用柔性非常高，且具有極高的精確性，因此往往可以規(guī)避很多由于制作過程所產(chǎn)生的缺陷問題。現(xiàn)如今，很多的發(fā)動機(jī)裝配線人工視覺的監(jiān)測方式逐漸被三維掃描技術(shù)所取代，其不僅可以規(guī)避很多缺陷，還可以很大程度的節(jié)約人力成本。

一、三維掃描儀的原理

（一）三維掃描儀的簡介

三維掃描儀即3D scanner，是采用三維掃描技術(shù)的一種新型電子設(shè)備，其能夠根據(jù)測量的實(shí)際需求對測量范圍進(jìn)行有效調(diào)整，大到對整輛車的檢測，小到對一顆螺絲釘?shù)臋z測，三維掃描儀都可以完美勝任，同時還具有非常明顯的掃描速度快、精讀高的絕對優(yōu)勢[2] 。其檢測原理為：通過將現(xiàn)實(shí)物體的外觀數(shù)據(jù)與表面特征進(jìn)行掃描，再連接計(jì)算機(jī)將獲取的信息自動生成物體的三維模型，這時就可以將原三維模型與實(shí)際測量出來的三維模型進(jìn)行對比，以此來實(shí)現(xiàn)利用三維掃描儀對不同零件的進(jìn)行自動檢測。不僅如此，三維掃描儀在刑事鑒定、游戲素材以及逆向工程等方面都被廣泛應(yīng)用。

（二）三維掃描儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

三維掃描儀主要有兩種類型，即非接觸式和接觸式，本文主要對非接觸式掃描儀進(jìn)行相關(guān)的介紹[3] 。相對于接觸式掃描儀來說，非接觸式有著具有更加高柔性的絕對優(yōu)勢。在檢測過程中，非接觸式三維掃描儀可以在不需要接觸零件表面的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量，這樣一來就可以有效避免對零件表面造成不必要的損傷。在非接觸式掃描儀中，最為常用的一種是拍照式掃描儀，這種拍照式掃描儀主要組成部分有投影光柵、計(jì)算機(jī)、兩個工業(yè)級別的CCD相機(jī)以及圖像采集卡。

二、在發(fā)動機(jī)裝配線中應(yīng)用三維掃描儀

大多數(shù)的汽車發(fā)動機(jī)裝配線都是通過CCD相機(jī)或者目視檢查的方式對零件進(jìn)行檢測的，但是由于目視檢查的方式比較受檢查人的主觀因素影響，因此很容易影響檢測的最終結(jié)果。如果是在大批量的生產(chǎn)過程中，目視檢查方式很難確保產(chǎn)品的合格率以及生產(chǎn)能力。而采用CCD相機(jī)檢測的方式只能對零件的二維平面進(jìn)行檢測，零件的整體狀態(tài)并不能充分的反映出來，因此也很容易發(fā)生誤判的情況。

三維掃描儀這種全新的檢測方式是通過掃描的方式直接獲取物體三維信息的，其可以將掃描到的物體信息直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這樣一來就可以方便計(jì)算機(jī)直接對掃描到的數(shù)字信號進(jìn)行處理。不僅如此，其在獲取零件信息時無需接觸零件表面，獲取信息的精度高，且用時非常短。如果需要對發(fā)送機(jī)配置線中已經(jīng)裝配完成的部件進(jìn)行檢查，可以利用三維掃描儀對其進(jìn)行整體性的三維掃描，然后再將掃描后所得到的三維圖像和預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)三維圖像進(jìn)行全方位的比較，判斷其是否合格。一旦發(fā)現(xiàn)采集到的三維圖像與預(yù)設(shè)圖形不一致，HMI面板就只直接顯示零件不合格，或者設(shè)備會發(fā)出警報(bào)的信號，這時擋停會對不合格零件實(shí)施自行放行，直至將問題零件送到返修的工位。待返修人員將問題零件進(jìn)行返修并重新上線進(jìn)行檢測，檢測合格后才能夠進(jìn)行下一步操作，這樣一來就很大程度上保證了最終裝配的質(zhì)量。

（一）在發(fā)動機(jī)活塞銷卡環(huán)節(jié)監(jiān)測的應(yīng)用

汽車發(fā)動機(jī)在其運(yùn)行過程中，由于機(jī)油的燃燒會在發(fā)動機(jī)燃燒室產(chǎn)生巨大的高壓高溫氣體，這些氣體會直接作用于活塞的頂部，然后再通過發(fā)動機(jī)內(nèi)的活塞銷孔不斷地向連桿傳送力矩。為了保證在發(fā)動機(jī)運(yùn)行的過程中，活塞銷不會發(fā)生竄動，在對活塞進(jìn)行分裝時，首先需要做的就是將活塞銷裝入活塞孔中，然后還需要將活塞銷卡環(huán)按要求安裝在鎖環(huán)槽內(nèi)。傳統(tǒng)的檢測活塞安裝是否出錯的方式有二維拍照檢測或者直接使用接觸式測量，但是由于活塞的裝配環(huán)境非常的變幻無常而且很復(fù)雜，因此這種傳統(tǒng)的試錯方式很難保證完全識別所有的裝配錯誤問題。

采用三維掃描技術(shù)檢測活塞時，三維掃描儀可以在活塞卡簧的安裝部位投射光線，這時兩臺CCD相機(jī)可以在該部位同步進(jìn)行拍照，將圖像采取后在通過頭像采集卡對圖像進(jìn)行處理，最后再與標(biāo)準(zhǔn)安裝視圖進(jìn)行全方位對比。這樣一來就可以有效解決活塞的配置問題，最終保證配置質(zhì)量。

（二）在發(fā)動機(jī)裝配技術(shù)中的潛在應(yīng)用

1.對涂膠軌跡的檢測

通常情況下，發(fā)動機(jī)在涂膠的過程中，要求涂膠要連續(xù)且均勻，不得出現(xiàn)斷膠的情況，因此絞線在涂抹時要盡量避開螺栓孔的位置[4] 。對于不同類型的發(fā)動機(jī)，其對膠寬的要求也有所不同，一旦出現(xiàn)發(fā)動機(jī)涂膠失效的情況，發(fā)動機(jī)將會陸續(xù)出現(xiàn)一系列的質(zhì)量問題。三維掃描技術(shù)可以利用三維成像的原理對膠高、膠體位置、膠高以及橫截面積進(jìn)行全方位的測量，而且還可以對完成涂膠的全過程進(jìn)行檢測，即使在涂膠過程中出現(xiàn)黑底黑膠的情況，三維掃描儀依然可以準(zhǔn)確的測出涂膠的質(zhì)量。

2.對氣門鎖夾的檢測

一旦氣門鎖夾的裝配失效，各種質(zhì)量問題都會反映出來，比如：發(fā)動機(jī)漏氣、氣門鎖夾混裝、由于安裝不到位導(dǎo)致發(fā)動機(jī)氣門卡死等。三維掃描技術(shù)在檢測氣門鎖夾的安裝情況時，可以實(shí)現(xiàn)在線全自動的檢測。利用三維掃描技術(shù)對氣門鎖夾、彈簧座、缸蓋進(jìn)氣側(cè)氣門、缸蓋排氣側(cè)氣門等進(jìn)行掃描，再將掃描到的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比就可以了解每一個相關(guān)零件的誤差情況，最終可判斷氣門鎖夾的裝配質(zhì)量和效果。利用三維掃描技術(shù)進(jìn)行檢測，不僅可以大大減少人力成本，還可以更加快速高效的檢查出安裝及部件的質(zhì)量問題。

結(jié)語

綜上所述，在汽車發(fā)動機(jī)的裝配檢測中，三維掃描儀作為一種新型的檢測技術(shù)，其不僅可以呈現(xiàn)出被檢測事物的三維立體圖像，還可以更加客觀清晰的幫助工作人員分析出被檢測零件是否合格，如此便可以很大程度提的高發(fā)動機(jī)配置線中的生產(chǎn)效率，同時也保證了最終的裝配質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] ]賈燦燦，趙琴音，吳戈.三維激光掃描技術(shù)在礦產(chǎn)資源儲量動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2016，18（04）：15-17

[2] 韓達(dá)光，秦國成，周銀，等.基于BIM和三維激光掃描在基坑監(jiān)測中的應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（6）：72-76，102.

[3] 魏志剛.汽車鈑金件的三維激光掃描典型案例[J].科學(xué)咨詢，2018，（32）：51-52.

[4] 馬萬里，莫燕，韋淇山.三維掃描技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)裝配線的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2018，（2）：149-152.

（作者單位：遼寧省交通高等專科學(xué)校）