三维扫描技术在汽车发动机装配线的应用

马刚

摘要：通过扫描的方式获取事物的三维信息，再将获取的信息转化成数字信号，将数字信号再交由电子计算机直接进行处理的技术被称为三维扫描技术，这种扫描方式不仅扫描精读非常高，而且扫描速度也非常快。三维扫描技术主要可分为非接触式和接触式两种方式，本文主要基于三维扫描技术原理，对其在汽车发动机装配领域的创新应用进行探讨。

关键词：配置线;汽车发动机;三维扫描;应用

三维扫描曾被用于逆向工程的设计以及建筑物测量等领域，其本身属于视觉技术应用范畴，具有非常明显的扫描速度快、扫面准确度高、应用范围广等诸多有点[1] 。随着科技的不断发展，三维数字化技术逐渐趋于成熟，在当今社會的各个领域中都可以看到，三维数字化信息以各种不同的特色和风貌存在。三维扫描仪是将检测物体的彩色信息通过扫描的方式进行获取，然后再将获取后的立体彩色信息转化为三维的数字模型，最后再通过计算机直接进行处理的一种数字化仪器。由于通过三维扫描仪而提取出来的图像信息，使用柔性非常高，且具有极高的精确性，因此往往可以规避很多由于制作过程所产生的缺陷问题。现如今，很多的发动机装配线人工视觉的监测方式逐渐被三维扫描技术所取代，其不仅可以规避很多缺陷，还可以很大程度的节约人力成本。

一、三维扫描仪的原理

（一）三维扫描仪的简介

三维扫描仪即3D scanner，是采用三维扫描技术的一种新型电子设备，其能够根据测量的实际需求对测量范围进行有效调整，大到对整辆车的检测，小到对一颗螺丝钉的检测，三维扫描仪都可以完美胜任，同时还具有非常明显的扫描速度快、精读高的绝对优势[2] 。其检测原理为：通过将现实物体的外观数据与表面特征进行扫描，再连接计算机将获取的信息自动生成物体的三维模型，这时就可以将原三维模型与实际测量出来的三维模型进行对比，以此来实现利用三维扫描仪对不同零件的进行自动检测。不仅如此，三维扫描仪在刑事鉴定、游戏素材以及逆向工程等方面都被广泛应用。

（二）三维扫描仪的内部结构

三维扫描仪主要有两种类型，即非接触式和接触式，本文主要对非接触式扫描仪进行相关的介绍[3] 。相对于接触式扫描仪来说，非接触式有着具有更加高柔性的绝对优势。在检测过程中，非接触式三维扫描仪可以在不需要接触零件表面的基础上进行测量，这样一来就可以有效避免对零件表面造成不必要的损伤。在非接触式扫描仪中，最为常用的一种是拍照式扫描仪，这种拍照式扫描仪主要组成部分有投影光栅、计算机、两个工业级别的CCD相机以及图像采集卡。

二、在发动机装配线中应用三维扫描仪

大多数的汽车发动机装配线都是通过CCD相机或者目视检查的方式对零件进行检测的，但是由于目视检查的方式比较受检查人的主观因素影响，因此很容易影响检测的最终结果。如果是在大批量的生产过程中，目视检查方式很难确保产品的合格率以及生产能力。而采用CCD相机检测的方式只能对零件的二维平面进行检测，零件的整体状态并不能充分的反映出来，因此也很容易发生误判的情况。

三维扫描仪这种全新的检测方式是通过扫描的方式直接获取物体三维信息的，其可以将扫描到的物体信息直接转化为数字信号，这样一来就可以方便计算机直接对扫描到的数字信号进行处理。不仅如此，其在获取零件信息时无需接触零件表面，获取信息的精度高，且用时非常短。如果需要对发送机配置线中已经装配完成的部件进行检查，可以利用三维扫描仪对其进行整体性的三维扫描，然后再将扫描后所得到的三维图像和预设的标准三维图像进行全方位的比较，判断其是否合格。一旦发现采集到的三维图像与预设图形不一致，HMI面板就只直接显示零件不合格，或者设备会发出警报的信号，这时挡停会对不合格零件实施自行放行，直至将问题零件送到返修的工位。待返修人员将问题零件进行返修并重新上线进行检测，检测合格后才能够进行下一步操作，这样一来就很大程度上保证了最终装配的质量。

（一）在发动机活塞销卡环节监测的应用

汽车发动机在其运行过程中，由于机油的燃烧会在发动机燃烧室产生巨大的高压高温气体，这些气体会直接作用于活塞的顶部，然后再通过发动机内的活塞销孔不断地向连杆传送力矩。为了保证在发动机运行的过程中，活塞销不会发生窜动，在对活塞进行分装时，首先需要做的就是将活塞销装入活塞孔中，然后还需要将活塞销卡环按要求安装在锁环槽内。传统的检测活塞安装是否出错的方式有二维拍照检测或者直接使用接触式测量，但是由于活塞的装配环境非常的变幻无常而且很复杂，因此这种传统的试错方式很难保证完全识别所有的装配错误问题。

采用三维扫描技术检测活塞时，三维扫描仪可以在活塞卡簧的安装部位投射光线，这时两台CCD相机可以在该部位同步进行拍照，将图像采取后在通过头像采集卡对图像进行处理，最后再与标准安装视图进行全方位对比。这样一来就可以有效解决活塞的配置问题，最终保证配置质量。

（二）在发动机装配技术中的潜在应用

1.对涂胶轨迹的检测

通常情况下，发动机在涂胶的过程中，要求涂胶要连续且均匀，不得出现断胶的情况，因此绞线在涂抹时要尽量避开螺栓孔的位置[4] 。对于不同类型的发动机，其对胶宽的要求也有所不同，一旦出现发动机涂胶失效的情况，发动机将会陆续出现一系列的质量问题。三维扫描技术可以利用三维成像的原理对胶高、胶体位置、胶高以及横截面积进行全方位的测量，而且还可以对完成涂胶的全过程进行检测，即使在涂胶过程中出现黑底黑胶的情况，三维扫描仪依然可以准确的测出涂胶的质量。

2.对气门锁夹的检测

一旦气门锁夹的装配失效，各种质量问题都会反映出来，比如：发动机漏气、气门锁夹混装、由于安装不到位导致发动机气门卡死等。三维扫描技术在检测气门锁夹的安装情况时，可以实现在线全自动的检测。利用三维扫描技术对气门锁夹、弹簧座、缸盖进气侧气门、缸盖排气侧气门等进行扫描，再将扫描到的图像与标准图像进行对比就可以了解每一个相关零件的误差情况，最终可判断气门锁夹的装配质量和效果。利用三维扫描技术进行检测，不仅可以大大减少人力成本，还可以更加快速高效的检查出安装及部件的质量问题。

结语

综上所述，在汽车发动机的装配检测中，三维扫描仪作为一种新型的检测技术，其不仅可以呈现出被检测事物的三维立体图像，还可以更加客观清晰的帮助工作人员分析出被检测零件是否合格，如此便可以很大程度提的高发动机配置线中的生产效率，同时也保证了最终的装配质量。

参考文献：

[1] ]贾灿灿，赵琴音，吴戈.三维激光扫描技术在矿产资源储量动态监测中的应用[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2016，18（04）：15-17

[2] 韩达光，秦国成，周银，等.基于BIM和三维激光扫描在基坑监测中的应用[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2019，38（6）：72-76，102.

[3] 魏志刚.汽车钣金件的三维激光扫描典型案例[J].科学咨询，2018，（32）：51-52.

[4] 马万里，莫燕，韦淇山.三维扫描技术在汽车发动机装配线的应用[J].装备制造技术，2018，（2）：149-152.

（作者单位：辽宁省交通高等专科学校）