淺析FARO 激光跟蹤儀在ARO 焊槍上的應用

毛中正，劉海潮，朱墨迪，武 揚，黨 煒

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引言

北京奔馳（BBAC）裝焊車間工藝復雜，汽車白車身制造大量使用點焊工藝，而點焊工藝主要由焊鉗實現。焊鉗設備數量龐大，焊鉗上面的電極桿、大臂、電機等部件時常需要更換。特別是當發生碰撞時，焊槍結構會發生變化，具體表現為焊點位置發生偏移，影響焊接精度和焊接質量。通常情況下，生產現場會采用臨時措施，即會對機器人軌跡進行調整，補償焊槍的形變。但是由于機器人焊點通常偏多，同時又有多個車型需要調整。因此在焊槍發生變形后，需要耗費大量的時間恢復，對生產線影響巨大。

如何保證焊槍精度，使其與出廠尺寸一致，成為急需解決的問題。因此，在焊槍替換到線下保養時，需要對焊槍進行嚴格的精度校準，以保證焊槍上線就能使用，減少調整時間。為了提高對于焊槍調整的精度，避免不同人修出不同槍的情況出現。在眾多大尺寸測量設備中，由于測量速度快、測量精度高和測量范圍大等優點，激光跟蹤測量儀得到廣泛的應用。因此，通過將FARO 激光跟蹤儀應用到焊槍修復中，準確測量焊槍各部件精度，保證焊槍的重復精度。

1 FARO 激光跟蹤儀

激光跟蹤儀是工業測量系統中一種高精度的大尺寸測量儀器[1]。激光跟蹤儀的基本工作原理是在目標點上放置反射器，通過人為引導，將激光跟蹤頭發出的激光引到反射器上，同時反射器將激光重新反射到跟蹤頭，當目標移動時，跟蹤頭會自動調整光束方向來對準目標[2]。檢測系統通過接收反射回來的激光測算目標的空間位置。簡單地說，激光跟蹤儀可靜態或動態地跟蹤一個在空中運動的點，由此測算目標在空間中的三維坐標[3]。

FARO 激光跟蹤儀主要由激光跟蹤儀頭、主控單元（MCR）、光學靶球（SMR）、主控電纜、溫度傳感器、以太網線、便攜式三腳架、快速安裝卡盤、遙控器等硬件組成，激光跟蹤儀系統組成如圖1 所示。同時還需要配置好的專屬測量軟件，如果測量某些設備的三維坐標，那還需要導入該設備的三維模型。FARO 激光跟蹤儀具有操作簡單、聚光穩定性好，無干涉、使用壽命長、反應時間短、測量效率高、可以多場合使用等特點[4-5]。

圖1 激光跟蹤儀系統組成

2 ARO 自動焊槍

2.1 ARO 焊槍系統組成

ARO 焊槍是一種在白車身自動化生產線上應用非常廣泛的設備，其具有設備簡單、穩定性好，使用壽命長等特點[6]。ARO 焊鉗系統組成如圖2 所示，一套完整的機器人自動焊接系統需要包括如下幾個部件：焊接電源柜、機器人電源柜、外部控制電源柜、機器人控制柜，焊控柜、機器人、焊槍以及部分配屬的部件。

圖2 ARO 焊鉗系統組成

2.2 ARO 焊槍基本結構

ARO 自動焊鉗主要有兩大類，C 形鉗和X形鉗，可以滿足絕大部分白車身焊接需要。ARO 焊槍主要由電機、變壓器、大臂、電極桿、槍架以及法蘭連接板組成，ARO 焊鉗基本結構如圖3 所示。眾所周知，影響焊槍焊接精度的是其TCP 點，即靜臂電機帽中心，如圖3 右側所示。同時，焊槍坐標原點位于其安裝法蘭中心，如圖3 右側所示。

圖3 ARO 焊鉗基本結構

3 ARO 焊槍三坐標測量流程

在所有FARO 激光跟蹤儀部件齊備的情況下，需要按照標準流程將激光跟蹤儀測試系統搭建起來，即將激光跟蹤儀頭固定在三腳架上，通過主控線纜、網線等將各部件連接在一起。其次需要將待測量的ARO 焊槍固定在測量平臺上，其中需要特別注意將ARO 焊槍的法蘭安裝到易測量位置。然后是預熱及校準激光跟蹤儀，利用軟件導入焊槍三維模型，建立焊槍坐標系。最后確定測量點，通過測量儀測出實際值并與理論值進行對比。

3.1 ARO 焊槍模型導入

搭建好測量平臺后，預熱FARO 測量儀，打開測量軟件（CAM2 Measure 10），在首頁欄選擇“導入CAD”，將所需測量的焊鉗數模導入。CAM2 Measure 10 可以導入x_t、IGS、VDA、STP 四種格式文件，需要提前轉換好格式，FARO 激光跟蹤儀測量ARO 焊鉗平臺如圖4 所示。

圖4 FARO 激光跟蹤儀測量ARO 焊鉗平臺

3.2 建立坐標系

為焊鉗建立坐標，并將焊鉗的坐標與全局坐標對齊，這樣就可以達到實際焊鉗與數模一比一對照的目的。ARO 焊鉗實際的坐標系位于其法蘭盤連接處，因此需要通過測量多個面，然后通過面相交的方式創建坐標系。下面介紹詳細流程：首先，需要測量3 個圖形，分別是焊鉗支架上的圓柱體、焊鉗法蘭Base板的兩個相垂直的側面。ARO 焊鉗坐標系建立如圖5 所示，分別為圓柱體和兩個平面實際測量結果。

圖5 ARO 焊鉗坐標系建立

采集完一個圓柱、兩個平面后，需要通過“構造”功能生成直線和圓。即通過圓柱體和平面相交生成圓，通過兩個平面相交生成兩條直線。接下來需要通過對齊功能用法蘭圓、直線X、Y 來建立坐標系。如此，焊槍的坐標系就創建完成，并且與實際一致。

3.3 選擇測量點

最后一步是選擇需要測量的點，焊槍TCP 點為靜臂電極桿上的電極帽斷面中央。因此，只需要在三維模型中選擇TCP 點，激光測量儀的紅外線就會精確的照射到理論位置。通過對比實物和紅外線光點的偏差，即可知道焊槍精度是否準確。ARO 焊鉗TCP 測量點如圖6 所示，ARO 焊鉗實際TCP 點和三維圖TCP 測量點對比。

圖6 ARO 焊鉗TCP 測量點

4 ARO 實際測量

通過CAM2 Measure 10 測量軟件可以將測量報告導出，ARO 焊鉗實際測量數據如圖7 所示。報告中可以看出TCP 實際值和理論值。更重要的是，軟件可以自動算出實際值與理論值的偏差，并評判是否在公差范圍內。

圖7 ARO 焊鉗實際測量數據

5 結束語

自動焊鉗是汽車白車身制造中應用最為廣泛的設備，本文將FARO 激光跟蹤儀引入到焊鉗TCP 測量中來，實現焊鉗TCP的高精度測量，保證焊鉗的重復裝配精度，同時也為焊鉗線下返修提供新的解決方案。