浅谈激光在线测量系统在焊装线体上的应用

张锁军

摘 要：在汽车制造工艺过程中，白车身作为所有装配的载体包括了汽车各系统功能安装点，白车身精度的稳定性是至关重要。目前，各汽车厂普遍采用在线+离线组合的测量方式对白车身质量进行监控，在线测量系统的应用实现100 %测量的，实时、动态监控生产线，及时发现质量异常，并报送给质量人员开展分析和处理；同时能够将测量的数据存储，为生产过程中的SPC、MSA等分析工具提供大量的数据支撑，更有效地对误差做出客观性判定和指导生产。

关键词：车身；在线测量；精度维护方法

中图分类号：TN247 文献标志码：A

0 前言

激光在线测量是采用机器人+柔性的视觉传感器、固定视觉传感器、图像处理软件以及温度补偿系统等技术实现物体空间尺寸及位置精密测量的新技术，具有非接触式自动尺寸测量，高速、高柔性对焊装线白车身实施质量监控的要求。现结合东风柳汽乘用车3条焊装线在线测量系统项目的实施及应用情况，对激光在线测量系统的构成、精度影响及应用展开说明。

1 激光在线测量系统介绍

1.1 系统组成

该系统由机器人（4台）、激光传感器（4套）、温度补偿球（4套）软件系统1套（含外挂显示、数据处理报警及中央处理器等及工位PLC控制系统，以上组成部件根据车身测点及生产节拍要求（40JPH），运用仿真软件进行分析确定现场安装高度。工艺布局如图1所示。

1.2 检测原理及功能

白车身通过有上工位由滑橇搬运到在线测量工岗位，检测工位及上工位上都安装RFID读写头，用于读取滑橇上固定载码体的车型信息，将车型信息给到监测工位的PLC上；车身滑橇下降到位工装夹紧并发送信号到监测工位的PLC→机器人接收到信号后调用对应车型的测量程序执行测量→机器人测量动作完成后发送信号控制柜→白车身工装松开、滑橇等车身上升等待输送到下工位的指令；与此同时，测量数据同步传递到中央处理器进行处理→处理后的数据传送到数据报警子系统→无停线报警指令确认后发送信号给线体PLC将车身输送到下工位。在白车身输送到下工位运动过程中，测量控制柜开始补偿循环，通过机器人6根轴的变化数据收集、分析，实时减少由于机器人受温差变形导致的对测量精度的影响，并启动机器人运行补偿程序?机器人完成补偿轨迹后通知测量控制柜，结束补偿循环。原理如图2所示。

测点分组：依据车身测点数量监控要求（线上4款车型，110点/车型），该工位生产节拍为45JPH（72 s），将4台机器人分别调用程序实现必测点+选测点组合测量，通过必测点+选测点的方式完成每3台车覆盖所有点的监控。（A为必测点，B、C、D为选测点；按A+B、A+C、A+D的模式轮流测量监控）。

测量报警功能：对某一台车或连续某几台车尺寸超差进行报警。报警可分成3种等级；Trend趋势报警：连续5次测量数据的均值超过1/3一级公差，显示黄色，不报警；Spec一般报警：某个或连续几个样本超过一级公差，显示红色，不停机、启动报警；Reject拒绝报警：某个或连续几个样本超过二级公差，显示紫色，停机并启动报警。

1.3 数据分析及管理

实时数据显示：在一个测量循环完成后，显示被测点与理论值的偏差在报警系统上实施显示，针对触发报警条件的信息以邮件及生产管理系统实时报送。

测量点数据查询、分析和统计功能：测点误差在3个方向上的变化曲线或误差统计图，所有测量点的测量结果进行实时显示，按周、月、年对测量点的合格率进行统计，并可输出统计图数据与图线输出（统计数据列表、趋势图、柱状图、正态分布图、相关性分析图；输出CP、CPK等相关统计信息）；实时在线测量数据显示，可以展现完整的工艺信息，暴露超差、残次等问题。

2 在线影响测量精度维护方法

2.1 影响精度因素

示教作业不规范：目前在线测量采用的激光束为单条平面扫描，对示教时对特征的识别度较高，对各特征扫描线条数量有要求，示教质量的好坏直接影响到测量精度，针对特征的示教制定标准要求，流程如图4所示；各特征扫描线条数量要求见表1。

一致性对比：在线测量工位与三坐标测量机对同一个白车身分别测量，收集多个比对样本后分析2个测量系统输出的测量值的变化趋势与波动大小是否相关一致；开展Offset设置：以CMM测量值为基准，让在线测量系统的测量值均值與CMM保持一致，实现在线和离线相结合的方式对白车身质量进行监控。

2.2 测量系统精度维护及判定标准

在线测量系统精度验收是要完成静态测试、半动态测试和全动测试等测试内容，测量方式及判定标准见表2，项目验收合格后交付使用。使用过程中需要根据公司对在线测量的使用目的制定表1中各项测量的频次，测试时需要三坐标和白车身等资源，需要在非生产时间开展。使用CII指标对焊装线车身质量进行监控以下测试频次可采用3～6月进行一次系统精度确认；使用一致性管控指标对焊装线车身质量进行监控以下测试频次可采用1～3月进行一次系统精度确认，具体维护频次根据公司测量资源制定合理的频次。

3 结语

激光在线测量系统的应用实现焊装线白车身关键尺寸点100 %测量，实时、动态监控生产线，及时发现质量异常，并报送给质量人员开展分析和处理；在车身数据出现波动或偏差时会及时保送给质量工程师进行处理，工程师根据在线测量系统的提供的数据和图表开展分析并给出整改指令，通过在线测量系统的应用有效缩短问题的解决时间，杜绝白车身不良品流转到后工序及成本的浪费。

激光在线测量系统作为白车身质量监控的有效手段，将所有测量数据进行数据库管理，为精准发现及解决问题，实现车身质量有效的监控，国内外多数汽车制造商在机舱线、地板线、侧围线和主拼线上布置在线测量系统，为高质量的车身制造提供最有效的质量管控手段。

参考文献

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