Atline光學在線絕對測量技術在白車身尺寸測量及監控領域的研究與應用

白云亮 戴宏駿 黃萃蔚 田曉松 張媛媛 錢亮 王佳乾

關鍵詞：白車身 尺寸測量

1 引言

在汽車制造行業，車身尺寸精度及穩定性往往是整個產品質量把控中的重中之重，其中尤其白車身尺寸精度及穩定性會影響汽車相關功能附件的安裝及外觀匹配區域的平整度和間隙等，會直接在客戶對產品的選擇及使用過程中產生至關重要的影響，所以車身尺寸控制一直是各大汽車制造廠商關注的最重要品控因素之一。

在白車身尺寸測量領域中，根據測量設備是否與被測零件有物理接觸，可將測量設備分為兩類：接觸式測量和非接觸式測量。其中接觸式測量的主流設備代表是三坐標（CMM），三坐標是汽車行業中白車身尺寸監控的經典測量手段。但隨著光學檢測技術的發展，尤其近十年非接觸式光學檢測技術的逐步成熟，光學非接觸測量技術在白車身尺寸測量領域已有逐漸替代傳統接觸式測量的趨勢，其典型代表設備是德國GOM 公司的ATOS 光學測量機。非接觸式光學測量技術相比于傳統接觸式三坐標測量，其明顯優勢是測量效率高，能夠快速獲取被測零件尤其是鈑金件的全型面尺寸數據，全型面數據對于質量控制及問題分析有更直觀更高效的優勢。所以，近幾年全球主流各大汽車制造廠商對于光學測量技術在白車身尺寸測量領域的投入明顯高于傳統的接觸式測量。

根據測量設備的工作環境及位置，可分為離線式測量（Offline） 和在線式測量（Inline），如圖1 所示。離線測量是指將被測零件運輸至指定地點，即測量室進行測量，完成測量后將零件運輸回產線，隨后將測量報告上傳至服務器供相關部門使用;在線測量是指將測量設備直接串聯安裝至產線中，作為車身焊接工位中的一道檢測工序，在產線上直接完成測量，測量結果可直接反饋至相關工位及相關部門，具有一定的實時性和連續性。兩種測量方式各有優缺，當前在線測量技術雖能實時且連續進行尺寸監控，但無法實現高精度絕對測量，需定期與離線絕對測量設備進行校對糾偏，屬于車身尺寸穩定性監控系統，并非真正意義上的測量系統。同時由于是串聯在產線上，所以如果此工位一旦發生故障或在新項目編程調試期間，就會對整個產線造成阻塞或影響，對連續高效生產非常不利;而離線測量雖能獲取絕對測量數據和全型面點云數據，但其測量效率較低，需將零件進行下線運輸至測量室，無法實現實時尺寸監控，不能對產線上批量尺寸問題進行第一時間報警及預警。

基于如上尺寸監控需求及現有技術，本文主要介紹一種新的車身在線尺寸監控技術手段——Atline 在線絕對測量技術，其特點主要是同時兼顧了原來離線測量和在線測量技術優勢，提高在線測量精度的同時能夠及時發出預警及報警信號，且擺脫了對離線測量的依賴，無需定期進行糾偏和校對。

2 Atline 在線絕對測量技術介紹

Atline 在線絕對測量技術是指將傳統離線測量技術創新性的移植到白車身生產線中，進行工藝末端尺寸檢測，此種檢測方式無需將白車身下線，即可實現實時在線車身尺寸的絕對測量，不僅能夠實現車身尺寸趨勢監測及預警，而且能夠達到傳統測量室測量白車身的精度標準。如下將分別從Atline 工位布局、工位組成、測量數據和報告樣式四方面進行介紹。

2.1 工位布局

目前在線測量系統的工位布局主要有兩種，如圖2a 和2b 所示，串聯式布局和橫向并聯式布局。

如圖2a 所示，測量工位串聯安裝至生產線中，此種布局當測量工位自身出現故障時，由于串聯的原因，產線會直接造成堵塞，無法臨時屏蔽此工位，讓白車身順利通行，進行其他方式的尺寸檢測;同時在新項目期間需占用測量工位進行新車型編程調試，此時無法將此工位與產線脫離進行單獨編程調試工作;

如圖2b 所示，測量工位橫向并聯安裝至生產線中，此種方式能夠解決串聯帶來的阻塞問題，但此種方式需產線旁邊引出一條支線，占地面積大，且不方便問題車的上下產線;

針對如上弊端，Atline 工位在規劃時進行了改進，如圖3c 所示，采用縱向并聯于產線的方式，Atline 工位前后均為自動升降機，當本工位在項目期間編程或故障時，可將此工位進行臨時屏蔽，白車身可通過工位前升降機直接升入空中走廊，從而跨過Atline 工位進入下一生產環節，不會因為本工位原因造成產線阻塞或停線。同時此種布局支持待測白車身從測量工位兩端進出工位，有利于測量工位的充分利用，便于白車身上下產線及工位。

2.2 工位組成

如圖3 所示：Atline 在線絕對測量工位主要由ATOS 測量機、FRAME 測量輔助框架、減震平臺、支撐夾具、進出工位輥床、和工位圍欄6 部分組成：

（1）ATOS 測量機：測量機是Atline 工位的核心設備，主要功能是獲取被測零件表面點云數據，測量機主要由縱橫四根測量導軌，兩組機械手臂和兩個測量頭組成，分別完成左右半個車身的測量工作，兩個測頭獲取的測量數據通過網絡傳輸至同一臺計算機進行計算，最終實現在同一坐標系下進行測量和數據計算。

（2）FRAME 測量輔助框架：FRAME測量輔助框架主要功能是用來粘貼拍攝過程中用來照片拼接的參考點，其特點是無需像離線設備一樣每次重新放置參考點。同時由于在工位中完全靜止，所以無需每臺車都進行參考點的拍攝，只需定期進行攝影測量即可，大大提升了測量效率;

（3）減震平臺：由于此工位安裝與生產線中，周圍重型設備較多，產生的微振動不滿足測量設備的使用需求，所以在底部預先做了一個大的減震平臺，用于過濾點周圍環境的震動;

（4）支撐夾具：主要功能是固定被測白車身，使白車身在測量時不會由于支撐引起形變，進而影響檢測結果的準確性;

（5）進出工位過度滾：由于工位較大，所以白車身在進出工位時需借助過度滾進出此工位，實現與前后工位有序對接;

（6）工位圍欄：物理上起到安全防護作用，同時圍欄墻采用特殊的濾光材料，防止設備高強度光對人眼的傷害。