汽车冲压件数字化智能测量技术方案的探讨

文/叶立渊，吴海，苑永强，王耐·北汽（常州）汽车有限公司

我们通过技术调研了解到各主机厂在测量技术的应用上存在较大差异。较多的乘用车和商用车主机厂大多仍在使用较为落后的检具手工测量技术。只有一部分合资和主流自主品牌车企引入了更加先进的蓝光智能测量技术。检具手工测量技术与三坐标及蓝光测量技术相比，存在主观性强、测量精度和一致性差、缺陷趋势分析困难以及车身匹配难以开展等方面的问题。为了从根本上解决以上问题，我们策划了针对自制冲压件的智能数字化测量技术应用方案。

三种测量技术说明

检具手工测量技术

传统的人工测量技术，将冲压件置于检具上，进行定位和夹紧，使用间隙尺、卡尺、钢板尺等工具实施人工检测(面差、间隙、孔值)、人工读取、人工填写在冲压件检测表上，而后再录入电子档，实施人工分析。存在人工耗时大、效率低、易出错等问题，容易出现不同的检测员测量的数值存在差异，主观判断的问题。

三坐标测量技术

通过三坐标设备实施测量，其测量精度可以达到0.02mm/m，具有测量精度高，测量数值直观呈现(直接显示测量点的合格/不合格，偏差数值)，测量效率较高。

蓝光测量技术

蓝光测量报告3D 点云直观图示，可体现冲压零件整体尺寸偏差走向趋势，数值直观体现，分析快捷，效率特别高的优点。蓝光测量技术整体要优于三坐标测量和检具手工测量，并且蓝光测量精度稳定可靠，满足测量要求，可供多车型冲压件的测量，具有人员投入少，效率特别高的优点。便于实现冲压件尺寸一致性的监控，并且测量数据可与数据源进行比对和存储，识别相关缺陷及趋势，具有很强的数据可追溯性，便于问题的提出和改进。

三种测量技术精度、效率、优缺点对比分析

检具手工测量技术

⑴测量误差0.3mm 左右；

⑵测量范围，部分型面/料边偏差和孔合格/不合格判定；

⑶优点：模具调试阶段，可以在线检测；

⑷缺点：人工检测(图1)，读数存在误差并且测量精度分辨率较低，需手动填写测量报告，容易出错，数据趋势性分析及可追溯性差。

三坐标测量技术

⑴测量误差0.02mm/m；

⑵测量范围，全尺寸测点均可测量；

图1 检具测量

⑶优点：测量精度高；三坐标设备可供多个车型共用；

⑷缺点：三坐标测量设备对环境要求高，需新建封闭的三坐标测量间，恒温、恒湿，独立的地基，动能和维护费用相对比较高；三坐标采用单点测量模式，测量效率较低；采用单工位模式，测量和上下料工作按顺序进行，需要频繁更换支架。双悬臂测量机如图2 所示，可以自动输出测量报告如图3 所示。

图2 双悬臂测量机

图3 自动输出测量报告

蓝光智能测量技术

⑴测量误差0.05mm/m(单臂)、0.07mm/m (双臂)；

⑵测量范围，所有检测要素均可测量；

⑶优点：环境适应性好，无需独立地基，可定置在车间生产线旁的非封闭区域；效率高，测量速度快，报告自动生成，以侧围为例，测量效率约为传统双悬臂三坐标测量机的4 倍；采用多工位模式，测量和上下料工作可同时进行，基本不需要更换测量支架；可测量零件整体变化趋势，更有利于匹配、分析问题，蓝光扫描工作平台如图4 所示；对环境要求低，测量间投资及动能维护费用较小，蓝光扫描工作区域如图5 所示；设备可多车型共用，测量支架可利旧改造，利旧率高。

图4 蓝光扫描工作平台

图5 蓝光扫描工作区域12m×9m×2.2m

⑷缺点：行业内具备该项技能的专业测量人员较少，需要培训蓝光检测系统编程和检测技术。

根据公司实际情况，得出以下结论：三种测量技术都能满足测量精度要求。但是使用蓝光智能扫描测量技术在占用面积、成本、测量效率以及便捷和可操作性方面更优，是汽车行业内冲压件测量技术的发展方向。

蓝光智能扫描技术在新车型冲压件中的应用

新车型项目应用场景

通过开发测量支架配合使用三坐标和蓝光测量技术来完成冲压件的检测工作。

⑴在模具提样阶段，开发测量支架配合三坐标测量来实施冲压件检测；

⑵在模具回厂调试阶段和量产阶段，均使用蓝光测量技术为主和三坐标测量技术为辅的测量技术。

在新车型项目中应用的步骤

⑴离线编程。软件中构建虚拟化测量系统，相机虚拟视图实时显示工件及测点位置分布，通过三维交互操作规划测量路径，内置干涉碰撞模拟功能，根据工位布局自动优化无碰撞的机器人运行轨迹。

⑵摄影测量。软件内置摄影测量模块，配合自动摄影测量相机，一键自动生成参考点精确位置，直接用于点云拼接，消除测量累计误差。

⑶三维扫描。扫描过程中实时显示测量结果：三维视图实时显示机器人运动轨迹、产品数模与三维点云。

⑷特征测量。具备孔位、孔距、轮廓、棱线、修边线、圆柱、球体等几何特征精确测量和识别功能。针对孔类、修边线等难测量特征，采用点云与图像结合的方法，保证测量精度。

⑸尺寸偏差分析。三维交互视图直观查看测量结果，以针图标签形式显示各矢量方向偏差，能够输出可定制格式的DMO 文件，兼容Piweb/InfoMess/CM4D 等数据分析软件，创建测量报告。

⑹报告输出。测量报告可快捷自动输出，不需要人员手动抄录填写，如图6 所示。有特征偏差、功能尺寸、GD&T 截面分析、色差图、合格率、Cp/Cpk、对比分析、均值及极差、统计分析、趋势图、计算平均件等。

图6 蓝光扫描测量报告

老车型项目冲压件检具智能测量改造和应用

改造注意事项

⑴需要对在产车型检具进行智能测量改造，检具改造数量多(每个车型24 组制件，36 套检具)，工作量大，周期较长(大约需要2 ～3 个月)；

⑵根据产能计划，提前做好冲压零件建储，保证生产前提下，制定详细的改造计划和应急预案，确保计划准确执行。

改造实施步骤

⑴确定改造检具清单，及相应的测点位置；

⑵在测点位置加装测量芯片；

⑶对加装测量芯片的检具进行精度测量，合格后交付使用，改造后的检具如图7 所示。

改造后的检测步骤

蓝光智能测量仪通过数据传输端口直接连接平板电脑，打开智能测量软件(图8)，蓝光测量仪校准归零并自动调出相应的检具测量界面(图9)，进行Gap、Flush 同时测量且重复性精度≤0.05mm，测量数值自动输入平板电脑并保存，也可通过数据线传输到服务器或云端，如图10 所示。

图7 量产车型冲压检具改造

图8 智能测量软件

图9 检具测量界面

图10 自动输出测量数值

改造后的优点

⑴数据采集：Gap、Flush 同时测量且重复性精度≤0.05mm；

⑵数据整理：自动输入、智能判定是否合格、准确性好、效率高；

⑶数据分析：不受主观影响、快速准确、效率高；

⑷数据追溯：集中管理永久保存、自动搜索、追溯方便(可存储6 万套检具测量数据，并上传到云端，数据不会丢失)。

结束语

通过对现有量产车型冲压件检具的数字化改造和新项目车型蓝光测量技术的应用，可以大幅提高测量效率和测量精确性，便于数据的整理、分析和追溯，效果较好。蓝光智能测量技术的应用场景和应用范围较广，不仅可用于冲压件和焊装总成件的在线检测，而且可应用于涂装的自动涂胶工位和总装的玻璃自动安装工位的在线测量和异常预警。随着该项技术的不断发展，其应用场景和应用范围也将更加广泛，实际应用价值也将进一步体现。