非接触拍照式自动化测量系统*

2013-05-14刘维

计量技术 2013年8期

刘维

(海克斯康测量技术(青岛)有限公司，青岛 266101)

0 引言

对于现代化的汽车生产制造工业，高效率的测量设备在确保汽车质量和稳定生产中发挥着极其重要的作用。汽车车身、钣金件和其他冲压件在制造过程中需要进行高精度测量。传统的检测方法有检具检测、三座标检测等，但是以上方法都存在一定的缺陷。如传统的检具一般只针对一项参数检验，多为手工操作，工作效率不高；而三坐标检测虽然精度高,但需要良好的温度环境控制，而且柔性较差，无法满足车间型的、大批量的快速检测。本文介绍一套运用先进的非接触测量技术的全自动三维光学数码测量系统。它集成了尖端的机器人技术、安全系统、人机界面、旋转平台及柔性夹具等，用于汽车零部件及白车身的测量。该系统千分之一秒的图像采集速度，不受光线变化、温度变化及震动的影响，可以应用于多种车辆程序，快速测量工件尺寸，准确提供零件全表面、边界、孔，表面点及截面线等特征的测量数据。

测量系统结合了功能完善的测量软件能够有效保证测量任务的顺利完成，并实现了对坐标程序、测量程序和报告系统的有序管理；报告系统为客户提供了全面的色差分析数据及特征尺寸评价数据；数据统计功能能够有效监控生产过程的稳定性，实现对生产过程的控制，保证汽车生产质量。

1 光学测量原理

Cognitens光学测量系统使用结构光、非接触测量，结构光是基于光学的三角法测量原理，通过光源将一定模式的结构光投射到物体的表面，在表面形成由被测物体表面形状所调制的光学三维图像，该三维图像通过三组相机拍摄获得物体二维的畸变图像。根据结构光的3D信息，利用三维重构技术经过计算机计算处理得到物体表面的三维坐标信息。整个系统的投影及拍照方式如图1所示。

图1 结构光图像采集原理示意图

当投影光通过带有编码的光栅时，编码结构光投影在物体表面上发生了变形，三组相机以特定的角度同时拍摄被测物体表面，从而每个相机从不同的方向上获得物体的二维图像信息，根据光学三角测量原理，利用图像处理技术重构被测物三维图像信息。

2 测量系统组成

本系统是一套全自动的测量系统，精度高、重复性好，同时以工业机器人为依托，集成了旋转转台，具有测量速度快、柔性强等特点，可以同时满足多种车型的测量需求。实现工件的全尺寸测量，既可以对单个工件进行质量控制，也可以对批量测量数据进行统计分析，监控整个生产过程保证生产的稳定性。

系统包含Cogitens光学测量系统、工业机器人、转台、PLC安全控制系统、光幕、测量支架和围栏。三转台分别用于多种车型的四门、前盖及后盖的测量，实现了“换取工件不占用测量时间，机器持续工作”的现代化工作理念，极大提高了测量效率。测量系统布局，如图2所示。

图2 测量系统仿真布局图

整个Cognitens光学测量系统在车间现场进行安装及使用，不受震动、光线变化及温度的影响，能够快速获取被测工件表面的点云数据，自动完成测量数据与CAD模型的对比。机器人作为执行测量的载体，重复定位精度高、运动速度快，能够快速完成测量工作。而且其柔性好，可以根据不同的车型编制不同的程序，满足测量需求。转台携带柔性的测量支架，机器人可以在测量同时，操作人员准备下一次的测量任务。测量支架设计满足不同车型同类零件的支撑，无需更换专用的测量支架，进一步提高了测量效率，同时减少了操作人员的工作强度，图3为实际的机器人测量系统。

图3 Cognitens机器人测量系统

测量系统能够实现对工件表面数据分析，根据表面测量数据与CAD模型进行对比，产生色差图。对圆孔、槽、方孔、法兰孔、圆柱和球特征，利用多角度定位拍摄技术，精确测量孔位及实体的位置和尺寸。并且能够对表面点、包边点、切边点及单点测量，实现对零件关键点的控制，快速分析测量阶差和缝隙，清晰明了的反映实际工件与数模的差距，保证零件生产质量，图4显示了前盖内板的色差分析图。