汽车前轴高温锻件自动化三维测量检测技术

苑晓菲

摘  要：高温锻件的自动化三维测量检测技术是利用工业机器人的三维测量设备从多个不同角度对高温锻件进行测量的，同时将不同角度测量的数据信息归纳到同一个坐标中，形成完整的数据，并对关键尺寸进行提取，并且最后进行趋势分析。找到其中存在的问题，并且提出对应有效的解决措施，使关键技术在汽车前轴高温锻件进行实际应用，基于实验证明相关方法的可行性。

关键词：汽车前轴;高温锻件;自动化;三维测量;检测技术

中图分类号：TP391                  文献标志码：A

汽车前轴是汽车的关键组成部分，前轴高温锻件通常都是基于多步锻造一体成型的，因为一体成型的前轴高温锻件结构比较复杂，锻造过程的精准程度不好控制。传统的人工方式精准检测只能在锻件冷却状态下才能够实施，因为热胀冷缩，在冷却状态下的数据信息无法体现热态时候的尺寸，无法为设计与创新改进提供参考。而在高温状态下对锻件精度进行快速、精准的测量与检测，能够快速检测锻件的精度，回收超差的零件，实现能源的节约。基于锻件精度的检测结果，能够及时发现锻造模具可能产生的磨损超差、开裂等问题，以免产生批次不合格的產品，避免带来损失。在生产过程中能够对锻件的精度数据进行有效采集，有助于深入了解锻件制造过程的尺寸变化趋势，能够为后续优化锻造工艺、锻模设计等奠定数据基础，促进锻造行业从自动化发展变为智能化。

1 高温锻件在线自动化的三维测量体系和关键技术

高温锻件的在线自动化三维测量体系，其主体部分是由工业机器人与面结构光三维测量设备共同组成的。工业机器人的作用就是要变化测量位置与姿态，并且进行辅助定位，三维测量设备在三角测量原理的基础上获取待测物表面三维点云数据。为了能够消除锻件热辐射对测量设备产生的影响，确保测量设备的温度在工作温度的范围内，使用半导体冷却装置对测量设备内部温度进行有效管控。

在进行测量操作前，根据备测物体的设计模型，划分出关键的尺寸，并且进行视点规划。在实际测量中，用机器人根据预先做好的规划路径进行全部视点遍历，在机器人到达某个视点的时候，测量装置会被触发，并且会向被测量物体投影，左右两侧的相机会同步采集图像信息，采集图像操作完成以后，基于去噪、解相等能够将备测物体的局部三维数据进行快速重建，机器人运动至下一个测量视点，测量被测物体其他位置的三维数据，并且对齐已经测量的数据信息坐标，直到测量出整个物体的三维数据信息。

1.1 高温物体的表面光栅图像获取和相机热防护

高温物体黑体敷设通常都集中在长波的波段，在可见光的频段中，辐射通常在红光区域，在进行光学测量的时候，红色通常会因为辐射干扰，导致光栅投影分辨率降低，导致测量数据的失真。不但会干扰城乡，黑体辐射当中的近红外还会出现热效应，近红外辐射聚集在成像元件上，会导致成像元件的温度急剧上升，对测量精准度产生不良影响。所以，系统中通常会使用单通道蓝色LED光源的投影仪，工业灰度相机以及蓝色带通过滤光片能够隔离红色通道，确保灰度相机对投影图样的成像，切实规避环境光与被测物体自身可见光辐射产生的影响。黑体辐射当中的近红外成分有非常明显的热效应，其聚焦在成像元件上会导致成像元件的温度急剧上升，对测量精度产生极为不良的影响，蓝光滤光片只能够在可见光频段发挥频选作用，却无法阻隔红外波段。所以，使用红外截止片才能够阻隔红外频段。基于此，能够切实抑制黑体辐射对测量产生的影响，在使用了滤波方式以后，红热工件自身放光被全面抑制，也就能够获得精准的表面细节了。

1.2 测量视点的自动规划

基于测量对象的前轴来讲，一体成型的前轴锻件有很多细节特征，在测量过程中一定要进行严谨、详细的规划设计。可以对被测物体的模型进行均匀分区，把前轴占据的空间均匀地划分成4个区域，视点生成任务在不同区域中单独操作。模型分区的根据就是被测量物体的类型以及测量方式。针对各向同性的模型，可使用不同的方式进行测量。针对曲率平坦的模型可使用平面补丁的方式，这些方式的实际应用会被物体表面形状影响，对于结构比较复杂的前轴锻件可使用体元法，这样的方式只需要使用对应的测量设备，不需要考虑被测物体类型所产生的影响。

基于测量设备的视场与景深进行分区，所有分区当中依据视角特征进行划分，遵照所有锻件特征在模型当中的具体方位，能够有效避免遮挡问题的产生，明确最佳的观测方向、范围，也就是通常所说的可行域。

观察方向穿越了模型视角，就会被视为是不可见的视角，在验证运算当中会首先被排除掉。在明确了观察方向的范围之后，基于特征方式和观察方向的夹角，来判断成像质量的优劣，这样能够对视点进行有效筛选。基于此，提出了视点测量质量的相关参数，测量质量相关的参数是视点测量质量具有的度量，其综合考量候选视点特征中的官学可视性以及三维数据成像的质量，而测量质量参数偏高的视点，就会被当成是最终的测量视点。

1.3 无标志点数据信息的自动拼合

在完成视点规划工作以后，为了确保所有视点获得数据都能在一个坐标体系中统一，要明确所有视点至统一坐标体系的坐标转换关系，因为汽车前轴的结构较为复杂，要求通过很多个视角进行测量，才能够得到完整的数据信息。

对于有标志点粘贴的标准锻件进行标志点采集，获得这个标准段建的标志点序列。之后使用标准件来替代被测工件，启用测量程序进行测量，测量系统对所有测量点位上的标志点进行识别，并且遵照拓扑关系明确其在标志点序列当中的位置，获得刚性的转换矩阵，同时将其记录在对应的测量点位上。

2 实验验证

为了能够验证关键技术的可靠性与可行性，将高温锻件自动化三维测量技术进行实际应用与测试。

测量系统依据预先规划好的视点，逐渐对高温锻件进行测量，验证规划视点的覆盖面特征。用测量获得的数据信息遵照拼合方法来统一坐标，之后将CAD模型进行对齐，提取关键尺寸并且进行分析。在标准工件方面的测试结果中，用浅色部分代表设计模型，深色部分代表测量数据的覆盖率，由此可以得出，中间部分被夹持装置所遮挡部分之外，关键特征都能够被合理覆盖，覆盖率超过76%。基于设计模型，设置上下偏差在0 mm～0.03 mm，测量数据都会落在偏差区间内。对于某一个锻件的测量结果来讲，长短耳内档的尺寸稍微超出了标准尺寸的下限，其余的尺寸都在公差控制的范围内。例如在止口台直径与端头直径方面，分析批量汽车前轴零件关键尺寸的趋势，能够发现，生产初期因为模具温度出现上升，工件的尺寸变化比较大，伴随工件生产数量的增加，模具的温度逐渐稳定下来，工件的生产尺寸也就逐渐趋于稳定了。

3 结语

综上所述，汽车前轴的高温锻件在线测量方式的实际应用，可以有效获得汽车前轴的三维数据，视点规划方案可覆盖前轴的关键尺寸，提出的机器人重复性数据拼合方式，误差满足测量检测的相关要求。从数据分析结果来讲，确认汽车前轴锻件的关键尺寸，其在汽车前轴锻件的在线检测、生产趋势分析过程中被广泛应用，能够有效提升汽车前后的生产效果，更能够对生产工艺进行有效创新与改进。

参考文献

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