文/張哲·?？怂箍禍y量技術(shù)（青島）有限公司

WLS400A半在線式自動(dòng)測量設(shè)備

文/張哲·海克斯康測量技術(shù)（青島）有限公司

在現(xiàn)代化汽車制造企業(yè)中，三坐標(biāo)測量作為質(zhì)量控制最為可靠和快速的手段大量應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)過程中。但隨著車間大批量、高效率的生產(chǎn)。傳統(tǒng)接觸式三坐標(biāo)在關(guān)鍵零件的測量中已達(dá)到了設(shè)備的瓶頸。以目前最先進(jìn)的上海大眾汽車五廠的車身車間為例，該廠的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為60JPH（小時(shí)工作量或單位時(shí)間工作量），也就是每分鐘完成一個(gè)白車身的裝配。那么與之相關(guān)的關(guān)鍵零件的測量時(shí)間也需要大幅度的提升。按目前大眾使用的頻次，雖然在整個(gè)車身車間擁有10臺(tái)先進(jìn)的DEABravoHP懸臂式測量機(jī)，但仍有巨大的測量缺口。尤其針對大批量的零件測量，接觸式測量效率低的問題被進(jìn)一步放大。

作為全球領(lǐng)先的測量方案供應(yīng)商，?？怂箍堤峁┝艘环N全新的車間環(huán)境下批量測量設(shè)備WLS400A，如圖1所示，將非接觸拍照式測頭與自動(dòng)機(jī)器人結(jié)合，針對車間環(huán)境設(shè)計(jì)并能快速反應(yīng)，快速測量的新設(shè)備。與傳統(tǒng)接觸式三坐標(biāo)的完美互補(bǔ)在大眾亞洲標(biāo)桿工廠內(nèi)得到了全面的體現(xiàn)。作為全新的車間檢測工藝，其有巨大的技術(shù)優(yōu)勢承接傳統(tǒng)三坐標(biāo)與現(xiàn)代化車間的高效質(zhì)量控制。

WLS400A的相對投入更低，對環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，測量的效率和對工件的抽樣統(tǒng)計(jì)更加全面，是固定式三坐標(biāo)的完美補(bǔ)充，更值得一提的是，該系統(tǒng)完全適應(yīng)工廠車間環(huán)境，在測量的過程中對周圍的噪音、振動(dòng)、焊渣飛濺等都完全不受影響。圖1就是該系統(tǒng)被放置在流水線中間，處于銜接側(cè)圍焊裝線與白車身焊裝線的關(guān)鍵部位。與傳統(tǒng)接觸式三坐標(biāo)比較，WLS400A有以下幾大優(yōu)勢：

⑴測量速度快。WLS400A使用非接觸拍照式測量，加載在高性能機(jī)器人上，從而使測量速度大大提高。由于使用非接觸拍照式測量，單幅照片的覆蓋面積可達(dá)380mm×380mm，只要在其覆蓋范圍所有測點(diǎn)可同時(shí)獲得數(shù)據(jù)，如圖2所示。非接觸拍照式測量原理類似于照相機(jī)對視野內(nèi)的物體進(jìn)行照相，不同的是照相機(jī)攝取的是物體的二維圖象，而WLS400A拍照式測量系統(tǒng)獲得的是物體的三維信息。接觸式三坐標(biāo)在測量一個(gè)孔時(shí)，至少需要測量6點(diǎn)（圖2a），然后，測量軟件根據(jù)6個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過計(jì)算得出該孔的一些參數(shù)，而WLS400A只需要拍2幅照片（圖2b），2幅照片形成的380mm×380mm面積內(nèi)的除了孔之外的其他所有的特征尺寸能夠全部輸出，拍照式測量的原理類似人眼觀物，視野范圍內(nèi)對象的特點(diǎn)可以一并得出，而接觸式三坐標(biāo)類似盲眼摸物，需要足夠的觸發(fā)數(shù)據(jù)才能獲得實(shí)物的特征尺寸。以大眾在測的側(cè)圍零件為例，使用三坐標(biāo)測量時(shí)間需要167min。而用WLS400A測量時(shí)間僅需要15.55min，效率是接觸式設(shè)備的11倍。

圖2固定式測量機(jī)與WLS400A對比

圖3WLS400A測量線占用面積

⑵占地面積小。作為批量化檢測的自動(dòng)工位，由于使用了柔性夾具的原因，WLS400A在占地空間中有明顯優(yōu)勢，見圖3，四門兩蓋翼子板，四工位，只需要一個(gè)8m×8m的空間，但同時(shí)支持了大眾工廠在產(chǎn)的三款車型共計(jì)28套零件的測量任務(wù)。預(yù)留一個(gè)工位執(zhí)行特殊的委托任務(wù)，同等工作量在三坐標(biāo)室內(nèi)占用了三個(gè)測量平臺(tái)來完成。

⑶投資維護(hù)成本低。眾所周知，三坐標(biāo)測量機(jī)的使用環(huán)境是非常特殊的，對溫度、濕度的控制相當(dāng)嚴(yán)格，這也使得在使用三坐標(biāo)的同時(shí)帶來高昂的維護(hù)成本。而WLS400A測量設(shè)備卻不受此限制。在任意的場地和環(huán)境下都可以出色地完成測量任務(wù)，而使用了柔性夾具又使得投入成本進(jìn)一步地降低。

⑷報(bào)告更清晰準(zhǔn)確。如果說自動(dòng)三坐標(biāo)替代傳統(tǒng)手工檢測的最大不同之處在于精度外，三坐標(biāo)報(bào)告的直觀與龐大的數(shù)據(jù)庫容量也是其巨大的優(yōu)勢。但隨著技術(shù)能力的加大，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)報(bào)告已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的效率。拍照式測量能夠獲取被測零件的全貌點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并能出具詳細(xì)的色差分析圖形。除了能獲得指定的測點(diǎn)數(shù)據(jù)外，還能對在監(jiān)控范圍外的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，使得在查找問題、分析問題時(shí)提高了效率及準(zhǔn)確性。如圖4所示，傳統(tǒng)三坐標(biāo)與WLS400A分析報(bào)告對比，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)報(bào)告無法給出整個(gè)工件曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，更無法對所有的曲面數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差及超差狀況的圖形色差化的直觀顯示。圖4b是WLS400A出具的報(bào)告，綠色代表合格范圍，由黃色到紅色的暖色調(diào)區(qū)域代表尺寸的正超差，由淺藍(lán)至深藍(lán)的冷色調(diào)區(qū)域代表尺寸的負(fù)超差。具體來講，綠色代表曲面輪廓偏差在公差范圍內(nèi)，即尺寸合格、未超差，實(shí)際尺寸控制在標(biāo)準(zhǔn)值±0.5mm以內(nèi)，此報(bào)告還顯示出該零件總點(diǎn)云數(shù)據(jù)的39.09％落在該區(qū)域；藍(lán)色代表輪廓尺寸控制在標(biāo)準(zhǔn)值－0.5～－1mm范圍之內(nèi)，即該類點(diǎn)數(shù)據(jù)在負(fù)方向上比標(biāo)準(zhǔn)值偏差0.5～1mm，報(bào)告顯示有19.98％的點(diǎn)云尺寸值屬于此范圍；依次類推，黃色點(diǎn)云數(shù)據(jù)代表輪廓尺寸控制在標(biāo)準(zhǔn)值＋0.5～＋1mm范圍之內(nèi)，即該類點(diǎn)數(shù)據(jù)在正方向比標(biāo)準(zhǔn)值超值0.5～1mm，報(bào)告顯示有13.37％的點(diǎn)云尺寸值屬于此范圍。所有的曲面數(shù)據(jù)顯示車窗下方車門有下凹趨勢，車窗右上角有上凸趨勢，可以據(jù)此調(diào)整模具或者其他相關(guān)機(jī)床參數(shù)。如果僅憑借普通的觸發(fā)式三坐標(biāo)測量報(bào)告，則只能根據(jù)數(shù)據(jù)判斷出有限的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的尺寸偏差和超差情況，無法直觀顯示整個(gè)工件曲面區(qū)域的加工趨勢。

圖4檢測報(bào)告對比圖

結(jié)束語

當(dāng)然，作為新興的測量手段，WLS400A與傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)相比還是有許多的不足之處。例如，相對精度沒有三坐標(biāo)好，編程的專業(yè)性太強(qiáng)操作人員工作環(huán)境差等問題。但作為傳統(tǒng)三坐標(biāo)的補(bǔ)充，WLS400系列拍照式測量系統(tǒng)代表了測量技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向——便攜、車間現(xiàn)場應(yīng)用、非接觸光學(xué)探測、直觀且有價(jià)值的數(shù)據(jù)報(bào)告，非常適用于非規(guī)則曲面類零部件，如模具、鈑金件等零部件的檢測。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，WLS400系列拍照式測量系統(tǒng)必定能夠提升其測量精度，同時(shí)提高可操作性，降低編程難度。在精度提升方面，主要涉及到非接觸式光學(xué)探測技術(shù)的提升，屬于硬件問題，有一定的難度；編程方面則體現(xiàn)在軟件的可操作性上，相對光學(xué)探測技術(shù)，軟件的改良應(yīng)該屬于比較容易突破的技術(shù)。無論如何我們拭目以待。