文/朱國軍·湖北三環(huán)車橋有限公司

汽車前軸屬大型長桿類鍛件，由于鍛造、熱處理的加熱和冷卻產(chǎn)生應(yīng)力的原因，容易導(dǎo)致前軸變形，熱處理后鍛件的長度、落差和主銷頭傾角都會發(fā)生變化，從而影響機加工，產(chǎn)生大量廢品。所以需要對熱處理后的前軸鍛件進行100%的在線檢測，判斷其是否有充足的加工余量，不合格的進行人工返工校正。這種檢測依靠配專用檢具和人工劃線的方法如圖1所示，操作繁瑣，基準不確定，勞動強度大，且準確率低，通常會有20%～30%的誤判需要再次返工校正。所以前軸冷校正在線檢測一直是行業(yè)中亟待解決的難題。

圖1 人工劃線和校正

前軸鍛件冷校正時主要檢測項目

前軸鍛件毛坯形狀如圖2所示，長達兩米，整體呈長條形，具有較大的長寬比，工件斷面呈工字形。工件兩端各有一處圓形瓜頭，距兩端瓜頭內(nèi)側(cè)有兩處鋼板座。

圖2 前軸鍛件毛坯形狀

前軸鍛件檢測的目的是保證給機加工留有合理的加工余量，所以檢測的主要項目有毛坯長度、中心線偏移量、落差尺寸、瓜頭扭曲度、鋼板面厚度和寬度等，檢測項目示意圖如圖3所示。

3D擬合自動檢測系統(tǒng)的整體方案和流程

本項目基于公司現(xiàn)有的PowerScan系列面結(jié)構(gòu)光三維掃描系統(tǒng)、工業(yè)機器人技術(shù)，實現(xiàn)對前軸鍛件毛坯自動化快速檢測。工業(yè)機器人對面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)進行定位實現(xiàn)自動化在線標定，保證測量系統(tǒng)的精度。

圖3 前軸鍛件檢測項目示意圖

在測量過程中，采用鏈式傳動夾具夾持零件，按照預(yù)先設(shè)定的姿態(tài)，進行路徑規(guī)劃移動測量頭位置，從不同角度對零件進行三維測量，然后對不同方向測量獲取的點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合和坐標對齊，最后根據(jù)獲取的完整點云數(shù)據(jù)進行尺寸分析，得到精度檢測報告，從而實現(xiàn)快速判定零件是否合格，計算加工余量。此方案既可以保證加工精度，提升整個生產(chǎn)流程的智能化水平；又可以采集海量數(shù)據(jù)，為后續(xù)工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動化測量系統(tǒng)示意圖如圖4所示，自動化檢測流程如圖5所示。

數(shù)據(jù)分析和處理

⑴擬合。將測量點云與理論數(shù)模基準對齊，三維掃描模型與理論數(shù)模，基于三個非加工基準面對齊。當此基準面上掃描數(shù)據(jù)所有點相對理論數(shù)?；鶞势矫娴钠钇骄底钚r，為最佳貼合狀態(tài)。

圖4 自動化測量系統(tǒng)示意圖

圖5 3D自動檢測流程圖

⑵對比。3D比較判斷是否合格。

檢測軟件中3D比較后，誤差以不同顏色顯示，如圖6所示左側(cè)色差條，正偏差為0～ 0.5mm顯示為綠色，正偏差超過1mm顯示為紅色，表示加工余量大于1mm，負偏差均顯示為藍色，表示無加工余量。掃描數(shù)據(jù)比理論數(shù)模尺寸小，有藍色區(qū)域存在，無加工余量，則為不合格。

圖6 偏差的著色顯示

⑶分析。2D尺寸提取及偏差數(shù)值分析如圖7所示，截面尺寸偏差數(shù)值分析如圖8所示。

圖7 2D尺寸偏差數(shù)值分析

圖8 截面尺寸偏差數(shù)值分析

⑷出具報告，數(shù)據(jù)分析自動化運行和保存。

測量結(jié)果可直接在生產(chǎn)現(xiàn)場顯示屏上顯示，用于毛坯的現(xiàn)場分類處理。同時可導(dǎo)出Excel、PPT、Word等格式報告，設(shè)定掃描數(shù)據(jù)保存路徑，建立虛擬服務(wù)器，可實現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)采集后自動打開分析軟件，數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入分析到出具報告，保存在指定文件夾。

結(jié)論

本項目攻克高質(zhì)量光柵圖像獲取方法、多反射表面直接測量方法和基于鍛件三維模型的測量視點自適應(yīng)規(guī)劃方法等關(guān)鍵技術(shù)，研制成套輕量化汽車前軸鍛件在線自動化三維尺寸檢測裝備。它具有以下幾點優(yōu)異性：

⑴測量的準確率大幅提高。以前采用人工劃線檢測或綜合檢具目測，由于基準和測量誤差，準確率只有70%左右，而采用三維掃描擬合自動檢測系統(tǒng)，一次批量檢驗準確率可達100%。避免了人工檢測誤差帶來的廢品損失，消除了返工返校的工時浪費。

⑵效率高，批量掃描狀態(tài)，單件耗時1～2分鐘，數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)采集可同步運行。首件手動路徑規(guī)劃約1小時，但不占用在線時間?？膳c上批零件批量掃描同步進行，不計入總耗時，大大提升了前軸鍛件檢測效率。

⑶采用了機器人自動化檢測系統(tǒng)，大大降低了勞動強度和人工成本。自動化檢測程序設(shè)定完后，由一名技術(shù)人員設(shè)計自動化檢測流程，并裝卸零件和啟動系統(tǒng)，即可完成批量零件檢測。

⑷促進智能化發(fā)展，在線檢測能夠記錄和分析鍛件形狀、尺寸、變形量等關(guān)鍵參數(shù)，從而為優(yōu)化鍛造工藝，提升鍛件精度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。