總裝車身間隙平度動態自動測量系統

摘要：對比了總裝車間進行四門兩蓋間隙平度測量的方法，在此基礎上詳細介紹在線動態測量系統的優勢和核心技術。此系統通過設置車身定位激光器及同步控制系統，精準實現了動態情況下的車身待測量點位置的跟蹤和反饋，由機器人攜帶激光測量系統完成位置同步和間隙平度的高精度測量，解決了工業生產中車身位置波動帶來的影響，同時通過安全光柵和預觸發系統保證了流水線生產的安全性及設備開動率。

關鍵詞：動態測量；激光定位；安全防護

隨著汽車的普及和消費升級，用戶不僅僅關注功能，也更關注車輛外形。車輛外形中，四門及前后蓋、大燈等零件和車身的間隙平度是一個非常重要的參數。間隙平度不合格，會影響車輛的整體外觀形象，也會導致車輛風阻系數發生變化，帶來行駛噪聲和油耗的增加[1]。所以各個車企，尤其是龍頭車企日益重視間隙平度的控制。

間隙平度測量方法發展

汽車行業，傳統的門蓋間隙平度在線檢測是人工用塑料塞尺進行，效率低下且和人員狀態有關。近幾年也有一些整車廠利用激光系統進行間隙平度測量，綜合利用測量、圖像傳感、圖像處理等技術有機融合，具有非接觸的優點。不過多是靜態測量，受到的限制較多。本文采用了全新的在線動態激光測量系統，能滿足60JPH（件/h）下的高速多車型動態測量。此系統綜合了機器人、激光測量、激光定位、數據處理及圖像處理等技術，采用運動學、數學等多學科知識解決了總裝生產過程中車型外觀復雜性、顏色多樣性、車身位置不確定性情況下動態測量間隙平度的問題。檢測結果實時顯示在下一工位，用于指導操作者針對性進行在線返工，提高車輛質量。結果同時也發送到企業的質量控制平臺，用于進行故障車記錄和管理。

間隙平度測量方案

如圖1所示，測量系統安裝在塑料板式帶兩側，由車身定位系統、激光測量系統、同步控制系統及安全防護系統組成。車輛到達指定工位后，會觸發車輛探測器。車輛探測器探測到車輛后開始起動系統工作。同步控制系統通過編碼器準確反饋車輛在板式帶上移動的距離，得到X向的位置。同時車身定位系統能準確識別車輛在Y向上的偏移，通過每側前后兩個定位激光器，能識別車身Y向偏移和扭轉角度，結合X向的位移，車身定位系統能識別車輛的空間位置和理想位置的偏差。左右兩側的機器人根據預設的軌跡曲線并結合定位偏差帶動測量探頭到達預設位置，進行間隙和平度的測量。測量結果會顯示在狀態顯示器上，指導返工人員進行不合格測量點的精準返工。

檢測設備及原理

目前間隙平度測量主要在焊裝車間和總裝車間應用，相對于焊裝白車身測量，總裝采用的是相對測量，由于車身顏色多樣性，零件材料多樣性導致測量難度更大。為克服這些影響，當前主流技術是采用雙激光頭進行測量，雙激光頭能保證縫隙的每一側都能被激光覆蓋到，并且能依據每一側的材質和反光效果來調整光學系統的參數，確保在不同截面、不同材料的情況下都獲得最佳的測量效果。

1.設備構成

總裝間隙平度動態自動測量系統由同步跟蹤模塊、測量模塊、安全防護模塊、信息處理模塊及人機交互模塊組成。

（1）同步跟蹤模塊" 同步跟蹤模塊負責跟蹤車輛位置，觸發測量系統，同時測量車輛在板式帶上的Y向位置（垂直于車身方向）及X向位置，確保機器人能帶著測量激光頭移動到規定位置。由于車輛是在板式帶上移動，車輛Y向位置偏差會達到2cm，X向的位置始終在動態變化。

若車身位置不準，會存在如下兩方面問題：

1）激光入射角度和預判的角度不同，距離也不同，會影響測量的精度。

2）由于待測點是預先設置，間隙平度的理論合格范圍也是根據預設位置來確定的，若由于車輛定位精度導致實際測量點和預設點不同，測量結果反映不了預設位置的實際狀態，導致設備誤判。

因此，車輛位置定位及定位點位置準確性是系統是否能準確測量的關鍵因素之一。為確保測點位置準備，系統設置兩套編碼器進行位置同步，精準計算X向位移量，同時在左右側各安裝一套靜態測量激光器，來進行車輛Y向偏轉測量，實時把位置信息發送給中央控制系統，在動態測量中及時進行位置的修正。

（2）測量模塊" 由機器人和測量激光器組成，每套設備左右兩側各安裝一套機器人。機器人上攜帶測量頭，測量頭由兩個測量激光器組成，如圖2所示。

（3）安全防護模塊" 由安全護欄、對射光柵、人員識別圖像處理系統及聲音提示系統組成，是防止人員誤入測量系統內部，造成人員傷害和生產停臺的控制模塊。同時在入口裝有傳感器，檢測車輛的門蓋是否已經關上，若門或前后蓋沒有關閉，系統報警并停下生產線，避免測量不準甚至刮壞車身和傳感器。

（4）信息處理模塊" 是中控系統，用于控制設備各個部件按流程運動，實現間隙平度數據的獲取及處理。

2.設備原理

利用傳感器精確取得待測點的特征是準確測量的基礎，但是由于車輛外部特征多樣性，如卷邊、斜邊、銳邊、T形間隙、H形間隙、平行間隙及零間隙等，需要提前定義好各種情況下的計算規則，確保每次測量都按照同樣規則才能保證準確性。如圖3所示，是本案例涉及的幾種典型間隙的樣本。由于各個車型不同部位的間隙和平度的理論值不盡相同，所以在前期需要定義測量點的位置及各個測量點的理論值及公差。設備安裝調試后，在模型學習階段，要引導機器人走到這些預定義的點位，進行測量、計算。測量點的選取上，在考慮質量控制的必要性基礎上，要盡量選取車輛移動方向上間隙平度變化量小的點，避免由于機器人定位偏差導致測量結果和理論值偏差。

調試注意事項

此設備是動態條件下進行激光測量，在項目安裝調試中，除傳統的光線處理、相機選型、軟件算法等問題外，還要注意如下幾點。

1）測量結果是用于指導返工人員進行判斷和定點修理的，所以除在檢測工位需要顯示正在檢測的車輛的實時狀態外，還需要在設備完成檢測后的返工工位顯示操作者正在返工的車輛的實際狀態，此點和常規設備的實時顯示有差異，需要在項目前期予以考慮。

2）動態測量不同于隨動安裝和靜態測量，除要考慮設備測量系統的精度外，還要考慮同步系統的定位精度。所以除通過觸發系統、同步編碼器及機器人控制上提高機器人導向的定位精度外，在前期測量點的選擇上，要避免選擇銳變點，即使機器人定位有微小偏差，理論公差也不會變化，從而縮小定位系統帶來的影響。

3）設備投入使用前需要進行相似度測試，確保測量結果的準確性。相似度測試時質保人員利用手持式工具測量待測點，和設備測量值進行對比。由于人工測試時存在角度、手法因素，所以要確保相似度測試人員穩定，且每個測量點進行多次測量，取均值。

數據處理

此設備開發目標如下：

1）檢測車輛間隙平度值，進行合格性判斷，取代質量檢查人員。

2）間隙平度匹配狀態數字化，通過測量結果大數據分析調整人員習慣，優化調整人員調整方法。

3）分析調整前數據，和焊裝車間數據對比，確認車身經過涂裝高溫、總裝裝配后的形變量，通過趨勢分析優化焊裝工裝輔具及預留量，減少總裝調整工時。

為實現這些目標，就需要保證各個檢測點的檢測數據通用性，便于進行跨工位、跨車間、跨部門分析。要提前定義測量結果的數據格式。本案例的項目中，前期測點選擇時，和焊裝設備負責人及質量分析負責人進行溝通，選取關鍵的相同的測量點位。同時通過標準化測點命名、標準化數據存儲格式、標準化數據結構，實現總裝數據、焊裝數據聯動，能在遠程跟蹤同一底盤號車輛在焊裝和總裝的測量數據，實現不同車輛相同位置的大批量測量數據的統計對比及同一車輛相同測量位置的測量結果單點對比分析。分析人員通過數據分析可以確認變化量，對焊裝車間的工裝輔具進行優化，調整焊裝的間隙平度控制值，針對性的預留變化量， 減少總裝調整工時。

結語

文章系統闡述了間隙平度動態測量原理和設備架構，結合項目經驗介紹了實際項目中涉及安全的注意事項和調試中的問題并針對設備測量結果的再利用進行了講解。

隨著國家制造技術升級戰略的推進和人力成本的提升及對質量要求的日益提高，這種間隙平度自動測量技術應用會逐漸普及，希望本文能為此技術的推廣提供幫助。

參考文獻：

[1] 丁明明，沈洪垚.基于CCD圖像檢測的微間隙精密測量系統[J].機電工程，2005（8）：46-47.

[2] 張曉光，李孝坤，盧小龍，等.車身外觀間隙、面差及其公差研究，科學與技術，2021（2）.