一种基于“激光跟踪测量”的焊夹具调装方法研究

孙仲林，杨付四

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 510000）

引言

整车的研发和制造过程中，整车的车身骨架（业内称为“白车身”）通常为焊接而成，白车身焊接精度为整车品质的重要指标；焊接精度完全取决于“焊夹具”的定位精度[1]。“焊夹具”是指用于白车身及其分总成焊接，保证焊件尺寸、防止焊接变形的工装夹具。若干套“焊夹具”组成白车身焊装线，焊装线跨度大，从数米到数十米长，统一调装保证精度难度大，但精度又极其重要。

本文以超大量程的“激光跟踪仪”作为测量设备，利用“激光跟踪仪”的激光远程跟踪测量，完成“焊夹具”乃至焊装线的调装[2]。该“焊夹具”调装技术具有通用性强、数据覆盖全面、效率高的特点，调装精度完全符合定位要求。

1 激光跟踪仪的测量原理简介

激光跟踪仪是指激光跟踪测量系统，通过激光动态地跟踪空间中运动的靶点（靶球或手持测头），同时确定靶点的空间坐标。激光跟踪仪具有量程超大、测量精度高的特点，适合大范围的精密测量。

以API激光跟踪仪（型号“R-25d”）为例（见图1），其主要性能参数如下表1所示：

图1 激光跟踪仪组件

表1 激光跟踪仪参数表

2 焊夹具调装前准备

2.1 激光跟踪仪联机预热

将激光跟踪仪放置在待测量的焊夹具附近，要求既能测量覆盖整个焊夹具，又能尽可能避开遮挡方便测量。激光跟踪仪和其他激光设备一样，为保证精度和稳定性，在设备开启后进行适当预热，保证预热在15分钟以上；预热完成后才可进行测量工作。

2.2 焊夹具的预安装

在焊夹具测量之前，先进行夹具平台的水平调整和夹具组件的预安装。

2.2.1 夹具平台的水平调整

用激光跟踪仪自带电子水平仪对夹具平台进行水平调整：

首先在夹具平台周边及中心均匀取点测量（如图2），得出各点的Z向坐标值；

图2 夹具平台水平调整示意图

然后依据各点的Z向差值调节夹具平台的水平调整脚，最终使各点Z向坐标值均匀一致，达到设计要求（分总成焊夹具平台水平差值≦0.05 mm；总拼≦0.2 mm）。

2.2.2 夹具组件的预安装

夹具平台水平调整后，对夹具组件进行预安装。安装过程中对夹具的调整部位应预留“调整垫片”（见图 3），便于后续通过增减“调整垫片”来调整“X、Y、Z”向坐标值。

图3 夹具预安装示意图

3 焊夹具的调装

焊夹具的调整部位是指夹具关键的定位销和定位面，要经过激光跟踪仪的验证测量并加以坐标调整，才能达到设计要求，这个过程称为“焊夹具的调装”[3]。具体步骤如下：

3.1 建立整车坐标系

使用夹具平台预留的“夹具基准点”（基准孔或基准销）建立整车坐标系（整车设计基准参考坐标系）。“夹具基准点”如图4所示。

图4 建立整车坐标系示意图

用激光跟踪仪结合“靶球”或结合“手持测头”，先逐个测量“夹具基准点”，得出“夹具基准点”实测坐标值；然后可用两种方法拟合出整车坐标系：（1）可以依据夹具平台上每个“夹具基准点”对应的坐标刻度值和实测量坐标值对应拟合建立整车坐标系；（2）也可以在夹具数模中抓取“夹具基准点”的坐标值和实测坐标值对应拟合建立整车坐标系。

3.2 焊夹具的验证测量和坐标调整

整车坐标系建立后，便可进行夹具调整部位的验证测量和坐标调整[4]，以主拼焊夹具为例（见图5），过程如下：

图5 主拼焊夹具调装

1）用激光跟踪仪结合“靶球”或结合“手持测头”，对焊夹具上所有定位孔和定位面进行验证测量，测出各调整部位的坐标实测值（X、Y、Z），分别与数模理论值对比得出坐标偏差值“△x、△y、△z”；

2）依据各调整部位的坐标偏差值“△x、△y、△z”，以增减调整垫片的方式进行“X、Y、Z”三方向坐标调整；

3）对调整后的部位进行再次测量验证，坐标偏差应符合设计要求（定位孔坐标偏差≤±0.1 mm、定位面坐标偏差≤±0.2 mm），如果不符合要求按2）重新坐标调整，直至符合要求。对符合要求的测量数据进行保存。

4 注意事项

利用“激光跟踪仪”调装焊夹具，不同于其他测量设备，需要注意如下：

1）激光跟踪仪的测量前预热时间，系统要求最少15分钟，其实这段时间激光发射器尚未完全稳定，要使激光发射器更加稳定，提高测量精度，需预热约60分钟；

2）激光跟踪仪在测量使用前，要定期将使用的“靶球”和“手持测头”进行精度校准；

3）测量时在“靶球”和“手持测头”的选取上，因“靶球”测量精度更高更稳定，要尽可能首先选择“靶球”测量；

4）不论使用“靶球”还是“手持测头”进行测量，都要轻拿轻放，保证测量精度的同时，避免意外跌落造成精度失准或损坏。

5 小结

本文阐述的“激光跟踪仪”调装焊夹具方法，适用于现场焊夹具乃至焊装线的调装，能有效克服范围跨度大、现场情况复杂的不利影响，实现“焊夹具”快速、全面的调装，调装精度完全符合定位要求。该“焊夹具”调装技术可广泛应用于整车制造行业，为车身焊接制造的质量提供了可靠的工艺保证[5]。