SME測量系統在白車身生產的應用及運行穩定性提升

摘 要：本文詳細探討了SME測量系統在白車身生產中的應用，重點描述了其關鍵組件、校準流程及工作機制，突出了系統在測量精度和自動化方面的顯著優勢。面對運行中的挑戰，文章提出了切實可行的解決方案，包括關聯性分析、機器人軌跡優化等，這些策略有效提升了系統的穩定性和一次下線合格率。文章還介紹了SME全自動測量系統的上線過程，展示了其在提高生產效率、降低返修成本以及確保產品質量方面的實際效益，證實了該系統在提升汽車制造工藝中的重要作用。

關鍵詞：SME測量系統 白車身生產 運行穩定性 性能優化 自動化測量

1 SME測量系統介紹

1.1 SME測量系統概述

SME測量系統，德文“Spaltmessen mit Mobilen Einheiten”，即“使用移動單元進行間隙測量”，旨在自動測量白車身相鄰部件間的尺寸，如翼子板與前門間隙和面差。該系統非接觸測量，在白車身沿板鏈移動時自動完成，測量裝置安裝在工業輕型機器人上，精確定位并同步移動至測量點，左右兩側各一機器人同步操作。與固定式測量單元相比，SME系統集成于單一外殼，便于移動和部署。

SME測量系統的移動性特別適用于汽車制造業，尤其白車身生產，快速適應不同生產線，工業輕型機器人的靈活性使其能對復雜汽車結構進行精確測量，提升生產效率和產品質量。

北京奔馳裝焊車間SME測量系統作為生產流程的關鍵部分，精準監控白車身尺寸，為質量控制與工藝決策提供數據支撐。其及時反饋機制不僅提升了生產靈活性，還強化了產品質量管理。此外，SME測量系統記錄的詳盡數據為工程師深入分析和優化工藝提供了寶貴資源，增強了生產線對變化的快速響應能力和整體系統的適應性。SME測量系統的穩定運作也有助于降低后續總裝車間的下線返修，在為總裝車間提供穩定可靠的車身方面發揮了至關重要的作用。

1.2 SME測量系統組成及關鍵部件

該系統主要由以下幾個關鍵部件組成。

1.2.1 2D/3D輪廓傳感器

輪廓傳感器（分別發射紅光和藍光），測量原理是激光三角測量法，實際用于測量白車身尺寸的設備。

1.2.2 工業輕型機器人

用于定位和移動測量裝置，一個機器人上配備2個輪廓傳感器。將傳感器引導至車身的不同部位進行掃描。

1.2.3 Protics 6D位姿估計系統

由于6D位姿估計系統依賴于基于圖像的邊緣重疊算法來估計白車身位置，因此相機是系統中最重要的部分。我們使用IDS Imaging的UI-3000SE-C-HQ，分辨率為4104×3006像素。通過Protics相機拍照計算得到白車身的具體位置（x， y， z， A， B， C），并將白車身的位置與標準車身進行對比后得到偏移量，告知機器人當前車身相對于標準車身的具體位置。6D位姿估計系統是SME系統的核心，它通過實時監測汽車的位置變化，指導機器人調整姿態，確保測量裝置能夠準確對準測量點。這一系統對于處理板鏈上白車身位置的不一致性至關重要。

1.2.4 軟件

Best fit visu/audit/history 是VMT測量軟件，Sunrise Workbench 是機器人調試軟件。

1.2.5 安全掃描儀

SME系統中的安全掃描儀能夠在檢測到障礙物或人員時立即停止機器人操作，從而保障人員和設備的安全。

1.3 SME測量系統的前期校準

校準是確保SME測量系統準確性的關鍵步驟。由于車身尺寸偏差或板鏈不穩定等因素，白車身在運送到SME工位時位置不一。為避免碰撞，項目調試階段需設置標準車身（Golden Car）作為參考（如圖中紅色車所示），以便每輛白車身與之對照。將標準車身置于虛擬觸發位，系統可學習并記憶其測量點位置，為后續測量提供準確參考。校準后，SME站點能用6自由度跟蹤算法支持該車型的任何白車身。

1.4 SME測量系統的工作流程

SME測量系統的工作流程通常包括以下幾個步驟。

（1）系統初始化：打開光源，系統啟動。

（2）白車身姿態糾正：白車身依次經過光觸發位、第一個擬合位和虛擬觸發位，在虛擬觸發位得到機器人偏移量。

（3）數據采集：白車身兩側的機器人各自攜帶傳感器移動到測量點對應的掃描位置，傳感器開始工作，掃描車身表面并開始采集數據。

（4）數據處理：收集到的數據被傳輸至數據處理單元，進行分析和處理后得到測量結果。

（5）數據上傳：SME測量系統將每輛車的數據上傳至公司內部數據軟件PLUS和IQ-VIS。

（6）反饋與調整：根據測量報告，相關人員對生產過程進行必要的調整，確保車身尺寸合格及穩定。

在SME測量系統中，白車身在板鏈帶動下前進，經過兩個關鍵觸發位：光觸發位（Light Trigger）和虛擬觸發位（Virtual Trigger）。當白車身到達光觸發位時，PLC會發送車型信息，系統隨即加載對應3D模型，并啟動旋轉編碼器記錄距離。此后，白車身進入“第一個擬合位置”（First Fit），Protics相機開始連續拍照，跟蹤其位置，以便算法精確計算白車身在虛擬觸發位時的偏移量。最終，白車身經過虛擬觸發位，系統確定偏移量并發送給機器人，使其調整姿勢，確保傳感器能以正確的測量位測量白車身尺寸。

1.5 SME測量系統的優勢

SME測量系統在裝焊車間中具有不可替代的重要性，其獨特優勢包括以下內容。

（1）技術創新：采用6D位姿估計系統，能精準定位白車身并調整機器人姿態，提高測量精度和可靠性。

（2）高度自動化測量：實現全自動化操作，靈活調整測量點，提升作業速度，減少人為干預，增強數據一致性和測量可靠性。

（3）精確控制與實時反饋：確保裝配精度，提升白車身外觀質量，實時反饋功能使生產團隊能迅速響應尺寸偏差，優化生產流程。

（4）數據記錄與成本效益：詳細記錄每輛車的測量數據，支撐即時質量控制和長期工藝改進，減少返修和報廢，降低生產成本。

（5）安全保障：配備安全掃描儀，及時停止操作，保障生產現場安全。

綜上所述，SME測量系統憑借技術創新、自動化、高精度控制、實時反饋、詳盡數據記錄、成本效益分析和安全保障，在裝焊車間中成為確保外飾面尺寸交付的關鍵步驟。

2 SME測量系統性能優化及一次下線合格率提升

2.1 Correlation

由于機器人運動精度對系統性能有直接影響，使用內部軟件IQ-VIS進行CMM三坐標測量機與SME定期與進行數據對比校準（Correlation）成為提高精度的關鍵步驟（如下圖3所示）。每次做Correlation的時候的車數需要在5輛車以上，周期一般為一個季度1次。需要針對比對結果為SME偏差較大的測量點添加補償值，以確保SME測量的準確性。

同時，確保不同車型的SME測量點位置和參照基準與三坐標測量機的數據保持一致，對于維護測量數據的準確性至關重要。

2.2 機器人軌跡優化

在機器人軌跡優化方面，主要目的是通過調整機器人的運動路徑來減少碰撞風險和降低丟點率，從而提高測量精度。機器人軌跡優化單點一般需要1h左右，需要2～5輛白車身。主要步驟可以分為三步：第一步，找到要調試的測量點的板鏈值，使白車身在該點設定的板鏈值附近停止前進；第二步，使用工具坐標（PTP）將機器人搖到測量位置，根據圖像調整機器人的位置并Touch；第三步，過車驗證，觀察軌跡優化是否有效（圖4）。

為了更好的監控SME丟點情況，工程師通過數據可視化圖表對每種車型每日的丟點情況進行日常管理與監控，數據來源于內部軟件IQ-VIS。MFA BS 三種車型的SME丟點率均可穩定控制在2%以下，通過對MFA BS三種車型的軌跡進行精確控制，已經顯著減少了測量丟點現象，證明了軌跡優化措施的有效性。

2.3 調整手法改進

在操作人員的調整手法改進方面，通過優化調整流程和減少人為誤差來提升系統的整體性能。提高操作效率和精確性是改進調整手法的關鍵目標。舉例而言，在白車身生產中，針對1-7-3測量點的案例分析顯示，出現的超差情況是因兩側加工人員調整手法略有差異所致。通過溝通，雙方一致將1-7-3點的面差控制在+0.5 ±1的公差帶內。盡管這個要求有些苛刻，但依舊要根據要求進行生產，后續也從結果可以看出調整后，該測量點的穩定性得到顯著提升（圖5）。

此外，面對批量性問題，工段會及時組織加工人員進行單點課程培訓，以改進調整手法并消除問題。這種主動的問題原因分析和手法改進是確保所有測量點均控制在規定公差范圍內，從而保障整車質量交付的關鍵。通過這種方法，我們不僅解決了即時問題，還提升了生產團隊對質量控制的長期能力。

2.4 公差帶優化

為適應生產需求和滿足總裝及客戶的特定需求，SME測量系統在公差帶優化方面采取了靈活調整策略。以總裝前端區域為例，H247和H243車型該區域尺寸受撐桿和前杠裝配的影響，需要特別關注。針對兩種車型的這一共性問題，我們重新評估并調整預調值，將右側機蓋翼子板配合處7-8-2測量點的平順度公差帶從0±1調整為－1±1，我們利用偏置公差帶來優化尺寸控制，最大限度地確保了白車身的尺寸精度。此項調整不僅減少了總裝車間的問題頻次，還顯著降低了返修量，從而提升了整體的生產效率和產品質量。

要提高一次下線合格率基本必須有這些動作，綜合這些措施，旨在提升SME測量系統的整體性能和可靠性，確保生產過程的高效和產品質量的一致性。

3 SME全自動測量上線

3.1 上線背景

在全新一代梅賽德斯奔馳MMA平臺各車型融入過程中，SME全自動測量系統的順利上線及穩定運行是重點工作內容之一，對MMA項目的順利實施意義重大。

在上線之前，需要對MFA裝焊車間的測量設備背景及相關問題進行了解。

3.2 SME調試過程

針對MMA項目中的第一款CLA車型，SME測量系統的調試過程如圖6所示，一般需要2個月左右的時間。主要包括VMT軟件配置、Protics相機參數配置及調試、機器人測base、機器人程序優化、MFU測試等主要步驟。

在這個過程中有幾個需要注意的點，首先是需要保證Protics相機拍照穩定性，這樣才能確保之后測試時每輛車身的位置數據準確；其次是，機器人測base后，得到了機器人的位置和車（golden car）的位置會傳給Protics相機；最后，MFU測試，即使用1輛車連續過車25次來驗證設備穩定性。

4 效益提升及推廣

SME全自動測量系統在MMA項目中的應用，顯著提高了裝焊車間的生產效率，其技術優勢包括以下內容。

（1）快速精確測量：系統能在不停線的情況下迅速完成白車身尺寸測量，保障生產連續性，降低人為錯誤。

（2）顯著成本節約：通過減少返修次數，SME系統全年可節省總裝下線返修成本，降低物料消耗與設備折舊等間接成本。以北京奔馳MFA總裝車間為例，全年總裝節省的下線返修時間約為：0.3（小時/天）×22（天/月）×12（月）=79.2小時，單車節省總裝下線返修成本約為：單車返修時間5/60（小時）×單月產量7500（輛）×12（月）×單人每小時工時費48（元）= 36萬元。

（3）產品質量提升：（a）VOCA尺寸類質量顯著提高，問題數量減少，2024年VOCA尺寸類質量表現較2023年上半年整體問題數量下降了40%。（b）總裝FTC指標提高，2024年上半年總裝FTC指標基本穩定在98%以上，而2023年上半年在96%左右；總裝FTQ數量持續降低，2024年上半年基本穩定在4左右，而2023年上半年在6到7左右。

這些優勢不僅優化了裝焊車間的測量流程，還為總裝車間提供了高質量的車身，減少了返修，提高了整個汽車制造流程的效率和質量。SME系統的成功上線為MMA平臺其他車型提供了可借鑒的案例，展現了其在汽車制造工藝中推廣應用的潛力。

5 結語

本文全面評估了SME測量系統在白車身生產中的應用及其對生產流程穩定性和效率的積極影響。得出以下結論。

（1）通過深入分析SME系統的組成、校準流程和工作機制，揭示了該系統在實現高精度動態測量和自動化操作方面的核心優勢。

（2）實施的策略如機器人軌跡優化等顯著提高了生產效率和產品質量，同時降低了返修成本。

（3）詳細介紹了SME全自動測量系統的上線過程，包括項目背景、調試過程，其在提高生產效率、降低成本和保證產品質量方面具有顯著貢獻。

（4）SME測量系統具備應用推廣的能力，未來其他類似的測量系統如SMU也可借鑒SME的相關調試及測量經驗。

未來，我們將進一步探索基于SME系統在更加多樣化生產場景下的應用，以推動汽車制造業的技術進步和質量提升。

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