焊接是汽車制造過程中的重要工序之一，具有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，因此必須對焊接質(zhì)量進(jìn)行很好地檢測。傳統(tǒng)的檢測方式通常是采用三坐標(biāo)測量機，但這種方式操作復(fù)雜、速度慢、周期長，只能對工件進(jìn)行抽檢。視覺檢測作為一種新型的檢測手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速、精度高等優(yōu)點，因而可以應(yīng)用于汽車車身的在線檢測，及時反饋產(chǎn)品的誤差信息，不僅提高了產(chǎn)品的合格率，同時也為工藝改進(jìn)、減小誤差提供了閉環(huán)反饋的尺寸控制手段，符合現(xiàn)代制造的質(zhì)量工程要求。圖1所示為通用視覺檢測系統(tǒng)框圖，其中視覺測頭即為各種類型的視覺傳感器。

激光視覺檢測系統(tǒng)

    車身的關(guān)鍵尺寸主要是風(fēng)擋玻璃窗尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置及各分總成的位置關(guān)系等，因此視覺傳感器主要分布于這些位置附近，測量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸等，一般為固定式測量系統(tǒng)。在生產(chǎn)線上設(shè)計一個測量工位，將定位好后的車身置于一框架內(nèi)，框架由縱、橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成，可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。傳感器的數(shù)量通常由被測點的數(shù)量來確定，同時根據(jù)被測點的形式不同，傳感器通常又分為雙目立體視覺傳感器、輪廓傳感器等多種類型。

1、工作原理

    在實際應(yīng)用中，通常是將多個視覺傳感器組成一個視覺檢測站，每個傳感器首先計算出被測點在當(dāng)前的傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后將所有視覺傳感器坐標(biāo)系匯聚在系統(tǒng)坐標(biāo)系下，從而完成測量。系統(tǒng)的工作主要建立在攝像機模型和立體視覺傳感器三維測量模型的基礎(chǔ)上。

    為了得到被測點在車身定位坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，需要以標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為中介，把被測點在傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到被測點在車身定位坐標(biāo)系中，這就需要把傳感器坐標(biāo)系、車身定位坐標(biāo)系與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)一起來，稱為中介坐標(biāo)統(tǒng)一法。

    完成上述工作是通過局部標(biāo)定和全局標(biāo)定的過程來實現(xiàn)的。局部標(biāo)定是利用透鏡透視原理，標(biāo)定出從世界坐標(biāo)系到傳感器三維坐標(biāo)系的12個外部參數(shù)；全局標(biāo)定采用的是中介坐標(biāo)系方案（圖2），通過采用靶標(biāo)，求出測量傳感器所對應(yīng)的傳感器坐標(biāo)系到經(jīng)緯儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，完成坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

2、先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)

    激光視覺檢測系統(tǒng)采用先進(jìn)的CBVM測控軟件，可以通過圖形化的操作界面實現(xiàn)檢測站的所有功能，即使不熟練的操作者也可以方便使用。同時，數(shù)據(jù)管理與分析軟件負(fù)責(zé)測量數(shù)據(jù)的管理以及完成局域網(wǎng)用戶對測量數(shù)據(jù)的查詢和分析。

（1）整車數(shù)據(jù)查詢與分析

    整車數(shù)據(jù)查詢是按整個車身進(jìn)行查詢，反映整個車身的情況。

    整車數(shù)據(jù)查詢既可以按照車身的生產(chǎn)時間進(jìn)行查詢，也可以按照車身的編號進(jìn)行查詢。查詢數(shù)據(jù)的列表可以采用多種排序方式：車身編號和點號、點號和車身編號、生產(chǎn)時間及生產(chǎn)班次等。數(shù)據(jù)的顯示采用3種不同的底色來反映測量點加工誤差的大小。

（2）功能尺寸分析

    功能尺寸分析是對一個車身的多個點進(jìn)行綜合評價。

    可以選擇一定時間段生產(chǎn)的車身進(jìn)行功能尺寸評價，也可以選取一定的車身編號段內(nèi)的車身進(jìn)行功能尺寸評價。評價表中列出了車身編號、生產(chǎn)時間以及各功能尺寸，表中數(shù)據(jù)的顯示可以按照選定的功能尺寸項進(jìn)行排序，也可以選擇圖示顯示（圖3）。

（3）統(tǒng)計功能

    對整個生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以分為月統(tǒng)計和年統(tǒng)計：對于每月每日的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以選擇統(tǒng)計條件，如需要統(tǒng)計的月份、不合格數(shù)量等，圖表顯示的形式可以是合格率也可以是日產(chǎn)量；年統(tǒng)計數(shù)量是根據(jù)月統(tǒng)計數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計的，所以每個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計后，就會出現(xiàn)在年統(tǒng)計表格中。

激光視覺檢測站的應(yīng)用

    隨著汽車制造水平的不斷提高，激光視覺檢測站逐漸得到應(yīng)用，一汽大眾汽車有限公司從每一個總成開始，均采用該系統(tǒng)進(jìn)行尺寸控制，出現(xiàn)問題的部件會被及時發(fā)現(xiàn)、報警并放回返修區(qū)。這樣可以保證每一級總成部件均由尺寸合格的下級總成組合而成。不僅如此，由于數(shù)據(jù)實行實時檢測、存儲，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時，制造部門可以快速發(fā)現(xiàn)工裝夾具的問題所在，在最短的時間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整（圖4）。

圖4  視覺檢測系統(tǒng)在焊裝各級總成中的應(yīng)用

    除此之外，激光視覺檢測系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用于焊裝生產(chǎn)中，如門蓋裝配、前端切削焊接以及車身后部后尾燈定位孔的形成等。

    傳統(tǒng)工藝中燈安裝孔采用多個沖壓件焊接而成（如圖5所示），其累計誤差較大、且難以控制，導(dǎo)致后尾燈安裝后與側(cè)圍匹配質(zhì)量較差、尺寸不穩(wěn)定。采用激光視覺檢測技術(shù)，沖孔在各部件拼焊完成后進(jìn)行，通過使用激光在線測量，將后尾燈左右的型面形成數(shù)模，并與已經(jīng)存儲于控制器中的數(shù)模相對照，找出最佳匹配尺寸并調(diào)整機器人完成沖孔工藝。

    圖6所示為激光在線檢測技術(shù)在白車身車門裝配中的應(yīng)用實例。其中機器人控制下的抓拾器與激光在線檢測系統(tǒng)通過總線控制，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，通過激光在線檢測系統(tǒng)在門蓋裝配過程中的實時動態(tài)測量，實時地把所測量數(shù)據(jù)與處理器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模數(shù)據(jù)對比，給出測量值與理論值的偏差，實時調(diào)整抓拾器的安裝位置，使其達(dá)到一個設(shè)計的最佳值，此時門與側(cè)圍的平度和間隙均會達(dá)到一個最佳值。

結(jié)束語

    先進(jìn)的激光在線檢測系統(tǒng)在汽車制造中不同領(lǐng)域的應(yīng)用，在某種程度上改變了汽車制造中的某些傳統(tǒng)工藝流程，它對于推動汽車制造業(yè)的發(fā)展有著及其重要意義。