激光在线检测技术在白车身中的应用

激光在线检测技术在白车身中的应用现代轿车制造过程中,在线检测作为工艺的重要组成,正得到越来越大的重视。自动化程度很高的 CNC 三坐标测量机和全自动三维激光检测系统应用于车身生产过程,就是一个表征。但在配置时,两者的作用显然是不同的。当代的 CNC 三坐标测量机,尽管其工作效率和数据处理能力较之 10 多年前的产品已有了很大的提高,如检测一台车身骨架,在测量点数不超过 100 个时,耗时仅 0.5h 左右。但若需要根据 30 个样本来判断生产过程的运行状态,也得有二个班的工作量。为了更有效地对工序实施监控,以通过改进工艺过程来控制和提高产品质量,与三坐标测量机的精确测量相辅相成,具有效率高和很强的快速采样分析能力的激光测量系统,也已成为现代轿车车身制造中在线检测的重要手段。三维激光检测技术不仅在车身制造过程(包括冲压、拼焊)中得到了应用,在现代轿车的总装、即整车装配过程中也用得越来越多,产生了很好的效果。一、 基本工作原理：运用激光技术进行几何量测量,三角测距法由于具有工作距离长、测量范围大、测量精度高,以及对表面特性要求低等优点,而在汽车工业获得较广泛的应用,尤其是在拼焊车身生产领域。图 1 是这种方法的原理图，由半导体激光器发出的光,经聚焦成一光斑,照射于被测物体表面上,其散射光由成像透镜接收,并将光斑成像于 CCD 接收敏感元件上。若被测表面位于基准面时,则聚焦光点的像成在接收元件的中心 0 点上;若当被测表面在位置 A 时,则聚焦光点像成在 0 一侧的 P1 点上,当被测量表面在位置 B 时,则聚焦光点像成在 0 的另一侧P2 上。依据三角关系,由接收元件上成像点与中心点 0 的距离,可得出被测表面与基准面的偏离量;由在接收元件上成像点所处的不同侧面显示的不同符号,可判别被测表面偏离基准面的方向。图 1.激光三角测距法工作原理图1- 聚焦透镜 2-半导体激光器 3-PSD 4-成像透镜 5-基准面二、 激光在线检测系统在车身制造中的应用1、 机器人激光检测系统机器人激光检测系统由三部分组成，即一个机器人、一套激光检测系统以及一个终端数据处理计算机。图 2 为机器人工作示意图图 2.机器人正在工作激光检测系统为一个非接触式三维视觉传感器装置组成，它由两个 45方向对称配置的激光传感器和一个位于中心线上的 CCD 摄像机组成（图 3-1） 。激光传感器用来检测被测工件型面上某一点在空间的位置；摄像机用于确定工件型面上 1 个孔的大小和形状（图3-2） 。一般来说，3 个点即可确定 1 个圆孔，但是在检测时为了保证孔的大小和形状可以多选取一些点，对于不规则的物体通过寻找中心，特征边或角从而确定物体的形状。图 3-1 激光检测示意图 1图 3-2 激光检测示意图 2终端数据处理系统由 PC 计算机、交换机及数据处理软件 组成。图 4.终端数据处理系统2、三维激光曲面扫描系统-光学检验夹具该系统的机械部分是一拥有三个自由度的精密运动机构,类似单柱三坐标测量机的型式,运动的灵活性和准确性都很好。固定在测杆前部的三维激光传感器在上述运动机构的带动下能够在三维空间里自由地移动,以对装夹在固定台上的工件进行扫描。通过激光传感器对被测工件的扫描,即可获得在机器空间,也就是以该光学检验夹具坐标系为基准的测量数据。然后,通过坐标转换方法将每个实测值和数据处理结构转换到工件自身的坐标中,也就是常说的“车身坐标系”中,从而能与在坐标系空间中的工件 CAD 数据( 设计值)进行对比,并确定两者之间的误差。这种测量系统的检测效率很高，采用非接触扫描方式，且传感器采集频率也很高，特别适合生产过程中的在线检测。另外一个显著优点时它具有的柔性，能适用于很多种覆盖件。3、固定式激光检测站主要用于车身和一些大型覆盖件,于生产线上对工件实施 100%的在线检测。由三部分组成：工件传输系统,三维激光测量传感器及可调节的紧固构件和框架,计算机控制系统。具体的工作过程为:被测工件首先由传输装置自动送入生产线上的在线检测系统,即一个固定检测站内。定位传感器将工件的真实位置送入计算机控制系统中,后者根据已编制好的测量程序,自动地控制安装在框架构件上众多激光三维传感器中的每一个,对工件上的关键部位进行检测。测量车身骨架上 3040 个重要位置大约只需 20s,效率极高。应用于此系统的工件传输也有几种方法，处了传统的导轨式、悬链式等形式外，采取更灵活的自动导向小车（AGV）作为输送装置，也已经获得应用。被测工件安放在一台AGV 上，直接驶向检测系统框架中接受检测，检测完后驶出，前往下一工位。4、手持式匹配质量激光检测装置被称为 MAGAM 的仪器 ,是一种便携式高效测量装置 ,能一次检测缝隙和平整度两项参数。MAGAM 的激光检测系统由二个激光传感器和一个 CCD 摄像机组成,采用非接触方式,在对车身上两覆盖件的匹配区域进行检测时,投射出一条与缝道垂直的光束,测得的信息输入计算机后,经专用软件处理,得到被测点缝隙值和平整度值。测量值既可以在仪器自身的显示屏上直接指示,又能在系统所属的计算机上显示。由于 MAGAM 是在生产现场使用的,操作方便,效率很高,用这种在线检测方式获得的大量测量结果经计算机进行数据处理、统计分析,就不仅能起判断单个车身某一区域的匹配效果的作用,对整个拼装生产线的运行状况和各个工序的动态变化趋势也能有充分和准确的了解,以有效地控制车身的匹配质量。这种仪器在对被测部位进行检测时,只需让二个带球头的撑脚支在覆盖件表面即可。这项操作既简单又快捷,虽然是人工进行,但并不受人为因素影响,也就是只要让两支点架在被测缝道两侧,至于支持的位置、倾斜的程序都对测量结果没有影响。MAGAM 的主要技术指标如下:分辨率:：0.01mm;精度 ：0.04mm;测量范围:缝隙 010mm,平整度10mm;手持装置重量:：1kg。三、 检测数据处理分析及预警系统数据分析对下一步的生产有重要作用。可以根据对已经检测尺寸的总体分析了解焊接过程中各环节的精度情况，可以从误差趋势中预测下一步的焊接精度，以便及时调整焊接工艺，防止不合格品的出现。根据现场机器人激光检测系统采集到的数据，以白车身上测点的采集数据为例，说明数据库中的数据在数据分析功能中的作用。抽取连续多点的测量数据，其理论值从三坐标标准数据库中调出“标准车”误差数据。根据该车身在全部测点的误差，用横坐标表示测点编号，纵坐标表示相对理论值的误差，绘成曲线图。根据误差线相对允许误差范围的偏离程度，可以分析加工器具的磨损状况，若发现偏差持续很