Atline光学在线绝对测量技术在白车身尺寸测量及监控领域的研究与应用

白云亮 戴宏骏 黄萃蔚 田晓松 张媛媛 钱亮 王佳乾

关键词：白车身 尺寸测量

1 引言

在汽车制造行业，车身尺寸精度及稳定性往往是整个产品质量把控中的重中之重，其中尤其白车身尺寸精度及稳定性会影响汽车相关功能附件的安装及外观匹配区域的平整度和间隙等，会直接在客户对产品的选择及使用过程中产生至关重要的影响，所以车身尺寸控制一直是各大汽车制造厂商关注的最重要品控因素之一。

在白车身尺寸测量领域中，根据测量设备是否与被测零件有物理接触，可将测量设备分为两类：接触式测量和非接触式测量。其中接触式测量的主流设备代表是三坐标（CMM），三坐标是汽车行业中白车身尺寸监控的经典测量手段。但随着光学检测技术的发展，尤其近十年非接触式光学检测技术的逐步成熟，光学非接触测量技术在白车身尺寸测量领域已有逐渐替代传统接触式测量的趋势，其典型代表设备是德国GOM 公司的ATOS 光学测量机。非接触式光学测量技术相比于传统接触式三坐标测量，其明显优势是测量效率高，能够快速获取被测零件尤其是钣金件的全型面尺寸数据，全型面数据对于质量控制及问题分析有更直观更高效的优势。所以，近几年全球主流各大汽车制造厂商对于光学测量技术在白车身尺寸测量领域的投入明显高于传统的接触式测量。

根据测量设备的工作环境及位置，可分为离线式测量（Offline） 和在线式测量（Inline），如图1 所示。离线测量是指将被测零件运输至指定地点，即测量室进行测量，完成测量后将零件运输回产线，随后将测量报告上传至服务器供相关部门使用;在线测量是指将测量设备直接串联安装至产线中，作为车身焊接工位中的一道检测工序，在产线上直接完成测量，测量结果可直接反馈至相关工位及相关部门，具有一定的实时性和连续性。两种测量方式各有优缺，当前在线测量技术虽能实时且连续进行尺寸监控，但无法实现高精度绝对测量，需定期与离线绝对测量设备进行校对纠偏，属于车身尺寸稳定性监控系统，并非真正意义上的测量系统。同时由于是串联在产线上，所以如果此工位一旦发生故障或在新项目编程调试期间，就会对整个产线造成阻塞或影响，对连续高效生产非常不利;而离线测量虽能获取绝对测量数据和全型面点云数据，但其测量效率较低，需将零件进行下线运输至测量室，无法实现实时尺寸监控，不能对产线上批量尺寸问题进行第一时间报警及预警。

基于如上尺寸监控需求及现有技术，本文主要介绍一种新的车身在线尺寸监控技术手段——Atline 在线绝对测量技术，其特点主要是同时兼顾了原来离线测量和在线测量技术优势，提高在线测量精度的同时能够及时发出预警及报警信号，且摆脱了对离线测量的依赖，无需定期进行纠偏和校对。

2 Atline 在线绝对测量技术介绍

Atline 在线绝对测量技术是指将传统离线测量技术创新性的移植到白车身生产线中，进行工艺末端尺寸检测，此种检测方式无需将白车身下线，即可实现实时在线车身尺寸的绝对测量，不仅能够实现车身尺寸趋势监测及预警，而且能够达到传统测量室测量白车身的精度标准。如下将分别从Atline 工位布局、工位组成、测量数据和报告样式四方面进行介绍。

2.1 工位布局

目前在线测量系统的工位布局主要有两种，如图2a 和2b 所示，串联式布局和横向并联式布局。

如图2a 所示，测量工位串联安装至生产线中，此种布局当测量工位自身出现故障时，由于串联的原因，产线会直接造成堵塞，无法临时屏蔽此工位，讓白车身顺利通行，进行其他方式的尺寸检测;同时在新项目期间需占用测量工位进行新车型编程调试，此时无法将此工位与产线脱离进行单独编程调试工作;

如图2b 所示，测量工位横向并联安装至生产线中，此种方式能够解决串联带来的阻塞问题，但此种方式需产线旁边引出一条支线，占地面积大，且不方便问题车的上下产线;

针对如上弊端，Atline 工位在规划时进行了改进，如图3c 所示，采用纵向并联于产线的方式，Atline 工位前后均为自动升降机，当本工位在项目期间编程或故障时，可将此工位进行临时屏蔽，白车身可通过工位前升降机直接升入空中走廊，从而跨过Atline 工位进入下一生产环节，不会因为本工位原因造成产线阻塞或停线。同时此种布局支持待测白车身从测量工位两端进出工位，有利于测量工位的充分利用，便于白车身上下产线及工位。

2.2 工位组成

如图3 所示：Atline 在线绝对测量工位主要由ATOS 测量机、FRAME 测量辅助框架、减震平台、支撑夹具、进出工位辊床、和工位围栏6 部分组成：

（1）ATOS 测量机：测量机是Atline 工位的核心设备，主要功能是获取被测零件表面点云数据，测量机主要由纵横四根测量导轨，两组机械手臂和两个测量头组成，分别完成左右半个车身的测量工作，两个测头获取的测量数据通过网络传输至同一台计算机进行计算，最终实现在同一坐标系下进行测量和数据计算。

（2）FRAME 测量辅助框架：FRAME测量辅助框架主要功能是用来粘贴拍摄过程中用来照片拼接的参考点，其特点是无需像离线设备一样每次重新放置参考点。同时由于在工位中完全静止，所以无需每台车都进行参考点的拍摄，只需定期进行摄影测量即可，大大提升了测量效率;

（3）减震平台：由于此工位安装与生产线中，周围重型设备较多，产生的微振动不满足测量设备的使用需求，所以在底部预先做了一个大的减震平台，用于过滤点周围环境的震动;

（4）支撑夹具：主要功能是固定被测白车身，使白车身在测量时不会由于支撑引起形变，进而影响检测结果的准确性;

（5）进出工位过度滚：由于工位较大，所以白车身在进出工位时需借助过度滚进出此工位，实现与前后工位有序对接;

（6）工位围栏：物理上起到安全防护作用，同时围栏墙采用特殊的滤光材料，防止设备高强度光对人眼的伤害。