文/劉霜·?？怂箍禍y量技術(shù)(青島)有限公司

激光跟蹤儀在汽車車身檢測和分析中的應(yīng)用

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隨著工業(yè)現(xiàn)場測量和質(zhì)量控制需求的增多，出現(xiàn)了多種應(yīng)用于現(xiàn)場的測量工具，如：激光跟蹤儀、關(guān)節(jié)臂測量機、大型掃描儀等。這類設(shè)備相對于傳統(tǒng)三坐標而言，雖然具有精度低，測量過程需要人手動操作等不足，但可以方便地移動到車間的測量工件附近，無需特殊的溫度、濕度、氣源等條件，在車間環(huán)境中也可保證測量精度。因為其便攜性和方便性，這類設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，其中激光跟蹤儀以其適合與汽車車身測量的方便性、量程和精度，而在車身主機廠、配套廠得到認可，作為三坐標測量設(shè)備的補充，該設(shè)備越來越多地出現(xiàn)在車間的測量現(xiàn)場。

傳統(tǒng)的激光跟蹤儀測量以3D測量為主，即反射鏡（靶鏡）測量方式，測量的數(shù)值為球心坐標值X，Y，Z(也可以其他坐標系方式顯示)，主要應(yīng)用于航空航天，汽車中工裝、型架等部件的測量、安裝和調(diào)整。隨著工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求的增多，除了單一的通過反射鏡進行測量和跟蹤，使用者更希望將跟蹤儀應(yīng)用到加工工件的測量中，這類工件形狀復(fù)雜，測量特征分布廣泛，單純依靠跟蹤儀轉(zhuǎn)站和隱藏點輔助測量工具已經(jīng)很難滿足精度和效率的測量要求。

在這種情況下，Leica的6D測量產(chǎn)品—T系列解決方案應(yīng)運而生，如圖1所示。T系列測量工具的原理是通過在跟蹤儀上增加了T-Cam相機，從而在測量和跟蹤過程中，不僅可以監(jiān)控跟蹤目標的激光跟蹤儀6D測量技術(shù)X，Y，Z(中心值)坐標值，同時還可以提取目標的I，J，K(沿三個方向的扭轉(zhuǎn))坐標值用于代表目標的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。通過這種方式，可以得到更多的計算信息。

圖1 激光跟蹤儀6D測量模式

走動式三坐標—T-Probe測頭

通過在T-Probe測頭上增加紅寶石探針，即可以像三坐標測量機一樣完成工件上的接觸測量，測量范圍可以達到直徑50m。這種方法既方便地利用了激光跟蹤儀的現(xiàn)場適應(yīng)能力、便攜性能，又能夠滿足車身工件的高精度測量需求。該測量方式可應(yīng)用于車身零部件、分總成、匹配等過程中的檢測和問題診斷，如圖2所示。

使用過程中測頭無線連接任何電纜，本身自帶鋰電池，通過點擊測量工具上的按鍵便可以進行測量、刪除、連續(xù)掃描等功能，將激光跟蹤儀擴展成為走動式的三坐標測量系統(tǒng)，真正實現(xiàn)無線、無臂操作。

非接觸測量—T-Scan測頭

圖2 T-Probe車體測量

除T-Probe之外，T系列工具還同時包括可以滿足大尺寸空間掃描需求的T-Scan系統(tǒng)，使用人員可以通過手持T-Scan測頭，以點云、三角網(wǎng)格、曲面渲染等多種方式反映工件的表面形狀信息，用于曲面形狀比對分析、尺寸控制、逆向等，如圖3所示。

相對于硬測頭單點測量，T-scan測量效率更高，測頭每秒可以測量2萬個點，應(yīng)用于車身輪廓掃描對比檢測、逆向、Flush&Gap分析、腰線測量等。

圖4 BMW工廠車身檢測

車身檢測

關(guān)鍵特征尺寸測量

在車身中有大量的特征點：固定孔、槽、圓柱等特征需要進行快速檢測，特別是對車身內(nèi)部的安裝孔位，需要測量設(shè)備在保證精度的前提下能夠方便進入測量。T-Probe無線、無臂的特點正滿足了這種需求。T-Probe整個系統(tǒng)空間測量精度可以達到7μm/m，通過不同探針長度及安裝位置的組合，即可以實現(xiàn)車身特征的全尺寸檢測，并且測頭操作方式友好，單人就可以完成測量。圖4為BMW工廠車身檢測。

隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，對車身覆蓋件的曲面輪廓質(zhì)量控制越來越重要。傳統(tǒng)車身輪廓檢測以接觸方式進行單點采集或連續(xù)掃描為主，將獲取的單點的坐標和理論點坐標相比，在車身表面以抽樣的方式進行曲面輪廓對比。

近年來，Leica T-Scan激光掃描測頭以其快速的點云采集得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其主要特點如下：⑴快速的點云采集速度，20000點/s；⑵工件三維輪廓的實時顯示；⑶點數(shù)據(jù)與CAD軟件的通用性；⑷快速直觀的比對色差輸出；⑸坐標系可以根據(jù)測量需求靈活調(diào)整，指導(dǎo)工件制造過程；⑹數(shù)據(jù)采集后，可以隨時進行調(diào)用分析，具有可追溯性；⑺自適應(yīng)不同顏色，不同反光表面的工件，測量無需噴粉。

圖5 車燈、前蓋匹配分析-大眾工廠Phaeton

配合尺寸分析

在汽車制造過程中，除了要保證車身各零部件、分總成滿足尺寸控制公差外，還要確保經(jīng)過焊接、鉸鏈、膠合等方式組裝后各部件之間的相互關(guān)系滿足要求，如前蓋和翼子板、車燈和側(cè)圍、車門之間、天窗和車頂蓋等。這些尺寸控制直接影響車身的外觀、使用穩(wěn)定性以及功能型要求。在這類使用中，可以采用T-Probe（完成關(guān)鍵位置快速測量）和T-Scan（間隙輪廓全面分析）相結(jié)合的方式完成。圖5為大眾工廠的車燈、前蓋匹配分析。

結(jié)束語

綜上可知，Leica激光跟蹤儀的T-Probe和T-Scan6D測量附件以其良好的車間現(xiàn)場適應(yīng)性、手動操作方便性及便攜性能，可以快速完成車間現(xiàn)場車身零件檢測、匹配分析、安裝調(diào)整等功能，在車身測量中具有很大的應(yīng)用價值。