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在线测量技术(ISRA)在车身焊接领域的运用 |
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作者：上海大众汽车三厂 季中 来源：AI汽车制造业 |
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传统的车身车间是冲压单件依靠焊接夹具定位,通过点焊、钎焊、激光焊、冲铆等工艺，焊接成为分总成、车身骨架总成，安装4门两盖成为完整的白车身总成。车身尺寸控制主要采用离线样架手工测量、三坐标测量，即抽样检查。其缺点是数据量少，反映问题滞后，且无法消除累积误差对车身尺寸的影响，不利于整车装配精度的提高。目前，许多企业在多年的汽车生产过程中，积累了大量的手工测量数据，却无法通过利用这些数据，对后续装配质量控制进行干涉和指导。
如今，在汽车工业发达的国家，在线测量技术正在被广泛运用到车身焊接中。但一方面，在线测量设备价格昂贵，车身生产线如果采用在线测量技术，势必要一次性增加许多投资；另一方面，单独应用在线测量技术，仅能反应误差累积情况，却不能进行干涉。因此，我国汽车制造厂大都采用离线检测。
上海大众在途安、明锐车身生产线上，首次引入了ISRA技术，并将车身在线测量、冲孔、切割技术相结合，作为一个技术整体，应用到车身制造中。该套技术的应用，一方面能及时、有效地反映车身关键点尺寸波动情况，控制车身尺寸；另一方面，通过在线冲孔或切割，能有效地消除拼焊过程产生的累积误差，保证总装前围模块和尾灯区域零件间的匹配效果。事实证明，该套技术的使用有效地提高了途安、明锐整车零件装配精度，确保了整车装配质量和美观性。根据上海大众AUDIT（用挑剔用户的眼光检查我们的整车质量）检查结果分析，在没有使用ISRA技术的车型上，前围模块和尾灯区域的匹配抱怨率达到15%；而在使用上述技术的这两种车型上，AUDIT 抱怨率仅为5%。从经济性上来分析，由于上海大众已经实现同一平台各种车型混线生产，因此只要投资一次，即可为同一平台的后续多种车型实现车身累积误差最小化的目标。目前，国内几乎所有汽车制造企业都已实现车型混线生产，因此无论从经济性，还是装配质量考虑，该项技术都具有较好的推广价值。
从具体技术实施上来说，上海大众途安和明锐两种车型的车身混线生产上，是通过两套程序切换，来实现ISRA车身在线测量、冲孔和激光切割，从而实现了一次投入，多次使用的目的。因此，ISRA技术在上海大众的运用，既解决了在线测量柔性差、投资昂贵等缺点，又弥补了离线测量数据量少、反映问题滞后等问题，是ISRA技术在国内轿车生产领域得以良好应用的典型例子。在此，笔者将从ISRA技术的工作原理、应用实例等方面，来简单介绍ISRA技术在上海大众车身车间的具体运用。
ISRA在线测量技术作为一个固定式测量系统，用照相机作为一个基本测量工具，它利用一对照相机形成一个立体传感器，类似于人类的双眼，形成了一个立体交叉的图像，从而计算出被测量点在照相机坐标系中的位置。整个在线测量系统运用多对照相机，它们所测得的被测点位置，汇集到车身坐标系，从而完成立体测量。ISRA系统的工作原理主要建立在摄像机模型和立体视觉传感器三维测量模型的基础上。为了得到被测点在车身定位坐标系中的坐标，需要以标准坐标系为中介，把被测点在照相机坐标系中的坐标转换到被测点在车身定位坐标系中，这就需要把照相机坐标系、车身定位坐标系与标准坐标系统一起来，称为坐标统一法。下面，让我们具体看一下ISRA技术的工作原理。
1. 建立特征点识别或边缘识别
ISRA技术首先要求建立测量特征点或识别边缘。如在途安/ 明锐车身焊接过程中，我们将后保险杠装配孔确定为测量点，将与尾灯匹配的侧围边缘确定为识别边缘或称测量边缘（如图1）。
图1 建立特征点识别或边缘识别
2. 从这些识别中选择最适合的位置，特征点或边缘
（1）如选择点位测量则传感单元由一对相机和一个照明设备组成；
（2）如选择边缘测量传感单元由一对相机和一个照明设备组成（照明设备为长条状照射单元－窄光）。由适应性电路控制单元负责灯光的开闭以及光线的强弱，照明单元带变压器，PLC可编程控制器，遥控设备－工业机器人，通信－VIA威盛可编程控制器。
3. 根据零位进行相关测量
每个特征使用2台相机测量，上海大众采用VIAMES"系统，由相机、光源、条状光源、校准台、工业用电脑及其操作单元组成，光感电子元件矩阵CCD相机，每4台相机的图像信息由一个框架集成器控制处理，包括电力供应和快门控制。每8台相机由一个CAMTRIG控制，在三维空间内进行3次移动和3次旋转的测量。VIAMES实行类型管理，类型、子类型、色彩类型由控制器送至VIAMES以开始一次测量，VIAMES接受并执行遥控设备的指令（Robot/PLC）。
4. 获取影像
依靠校准相机位置处在同一参考坐标系统之中（如图2）。
图2 校准相机位置处在同一参考坐标系统中
5. 测量模式
2台照相机对同一特征（点或边缘）摄像，由VIAMES对图像进行解析，计算出实际位置与车体零坐标位置的相对偏离。
ISRA是高效、可靠的质量保证智能识别系统。通过ISRA智能识别系统能保证车身局部区域相对装配位置（特征点或特征边缘到装配孔之间的空间距离）的一致和稳定。
下面通过两个应用实例的说明，来加深大家对ISRA工作原理的了解。一个是ISRA技术在途安/明锐尾灯装配孔冲孔中的应用，另一个是ISRA技术在Schotteplatte（前围防撞支架）工位的应用。
实例一：长期以来，由于车身尾灯安装孔尺寸不稳定、累计误差等因素，影响了尾灯与侧围，尾灯与后保险杠的匹配。采用ISRA在线测量技术，就是将后尾灯左右的型面形成数模，并与已经存储于控制器中的数模相对照，找出最佳匹配尺寸，并自动调整机器人冲孔坐标，完成在线冲孔，确保冲孔位置准确稳定，保证尾灯、后保险杠的装配精度。
从图3我们可以清楚地看到，如果不带ISRA在线测量和冲孔生产的车身总成，其测量点HL3149P（尾灯装配孔）、HL3135P（侧围边缘）Y向尺寸发生波动，其相关的功能尺寸ZL1076F也将发生波动，直接影响尾灯和侧围的装配质量。
图3 未带ISRA在线测量和冲孔生产的车身总成
如图4所示，尾灯装配孔的冲孔位置(HL1015P)根据特征边缘测量点（HL1180P）实际测量型面形成数模，并与已经存储于控制器中的数模相对照，找出最佳匹配尺寸并自动调整机器人坐标完成在线冲孔。这样，其相对匹配点功能尺寸（HL1005F）一定稳定在要求公差范围内，保证了尾灯与侧围外板Y向的匹配质量。
图4 采用ISRA在线测量技术完成在线冲孔
实例二：同样的技术运用在途安/明锐的Schotteplatte（前围防撞支架）工位。
目前，大多汽车制造企业在总装车间实行模块化装配，其优点是可以降低加工深度、减少投资、提高劳动生产率等，但模块装配的可调范围小，通过后续调整相对比较困难。这就要求车身各装配点、面功能尺寸可控、稳定，但由于车身制造工艺、冲压件质量、工装夹具定位等原因积累误差一定存在，也必然会影响整车装配质量。ISRA智能识别系统在前纵梁防撞支架焊接前的运用，使前围模块的装配质量得到了真正意义上的保证。
首先，在前纵梁冲压单件上预留一定的长度，在Schotteplatte工位采用ISRA在线测量技术，通过与建立的数学模型的对比，对前纵梁进行在线激光切割、Schotteplatte激光焊接，保证了前大灯与前翼子板、前保险杠的匹配质量。
从以上两个实例可以看到，通过ISRA技术的应用，上海大众解决了长期以来困扰车身焊接技术人员的一个难题——即因车身拼焊累积误差而导致的总装车间前后模块（前模块：前大灯，前翼子板，前保险杠；后模块：尾灯，后保险杠）的安装精度存在不规律的上下波动问题。
目前，ISRA技术在汽车生产领域中的应用还处于起步阶段，但就目前应用的效果来看，该项技术弥补了离线检测数据匮乏的缺陷，实现了离线检测条件下装配误差源的快速诊断，从而大幅度提高了制造质量诊断的效率和准确率，并为快速纠正误差提供了保证。随着ISRA（在线测量技术）技术的逐步成熟，以及它在车身焊接中的推广使用，车身骨架总成积累误差最小化已成为现实。 (end)
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(10/9/2008) |
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佳工网友 张志光
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于8/20/2014 4:27:00 PM评论说：
寻求汽车涂装定位系统(电话：13926830165)
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