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汽车行业如何选择合适的三次元影像测量仪

贯穿汽车研发、生产整个流程的始终,不同类型的三次元影像测量仪在其中每一个环节,都发挥着重要作用。现以汽车生产中三大类主要部件:箱体类工件和薄壁类工件及底盘为例,论述如何选择影像测量仪。

 

1、薄壁件

薄壁件是汽车行业中使用较多,同时质量要求较高,又难以进行测量的一类部件。主要包括白车身、分总成、冲压件、仪表板、内饰件、塑料件等部件。现以现代化汽车制造厂的典型设计生产流程为例,介绍一下影像测量仪的典型应用。

汽车行业典型汽车的设计、制造需要经过造型、设计、试制、验证、批生产等主要环节。贯穿设计和制造的流程,又包括外协、内部配套、入厂检测等必要环节。针对各个环节,不同类型的影像测量仪发挥着其应有作用。如在造型设计阶段所需要的从原始物理原型产生关于设计的初步CAD  模型,和在试制阶段的反复验证和优化,对于内部、外部供应商产品的质量控制等等。凭借不同类型影像测量仪的介入,使得汽车的设计制造拥有了更加得心应手的工具。

 

2、白车身的检测

轿车的白车身是指轿车车身在焊装完毕、涂装前的状态,白车身的轮廓尺寸正确与否,将影响车门等部件的装配。同时,它也反映了焊装夹具的偏差,所以白车身的检测是一个重要的问题。目前测量可以采用大型水平臂影像测量仪或龙门式影像测量仪,这些机器都具备足够大的测量范围来检测轿车的白车身:

 

在精度要求满足的情况下,考虑到车身特征,建议首先选用水平臂影像测量仪,见图4.1 水平臂影像测量仪用于钣金件测量。

 

原因如下:                 

水平臂影像测量仪的开敞性比较好,其工作底台都可以沉入地下,其上表面与地面平齐。这样就可以从各种角度对零件进行吊装,十分方便,容易;

 

水平臂结构形式能使测头较易进入工件的各个被测部位,包括车身骨架内部区域或各种薄壁件的底部甚至底部内侧。安装于测臂端部的测头装置,具有双坐标回转功能,使影像测量仪具有更大的适应性和灵活性.先进的多轴控制系统能操纵10  个坐标的双臂,同时从两侧对工件进行检测,测量工作效率很高。转台的加入使四个轴成为可能,双臂配置也可实现,都可以测量到工件的各个方向。

 

在测量精度要求较高的情况下,则应采用大型龙门式影像测量仪(见图4.2)。这样除了可以测量白车身外,还可测量精度要求较高的大型齿轮箱和发动机壳体。但装夹零件就必须利用吊车(行吊,悬臂吊或可移动悬臂吊)或地轨车从影像测量仪的前面将零件直接放入测量空间内。

 

3、分总成的检测

 

分总成具有典型的薄壁件易变形的特征,选用检测分总成的影像测量仪需要兼顾精度、适合车间环境及高重复性和稳定性要求。桥式影像测量仪因其占地少、成本少、结构比较稳固而且移动部件较少,具备更好的刚性和稳定性而成为测量各类分总成的良好选择。活动桥式三次元影像测量仪包含各种尺寸,可以测量从小齿轮到发动机箱体。龙天仪器的影像测量仪,横截面大、测量速度快,是专为测量分总成或薄壁件这样具有较大横截面工件而设计的。

 

车身零件—冲压件和焊接件的检测:由于这些零件大都是批量生产的,同时考虑影像测量仪放置在生产线上作为在线测量和质量监控的工具较为合适。适合这种条件在线检测宜选用车间型的活动桥式影像测量仪。如Brown & Sharpe  最新推出的GLOBAL  系列影像测量仪,测量范围从500 mm x 500 mmx 400 mm  一直到3300 mm x 2000 mmx 1800 mm,空间测量精度最高1.4 + L/350  μm,运行速度最高可达到866 mm/s。对于冲压件和焊接件,以及汽车制造业绝大多数零部件的检测与监控,GLOBAL  系列影像测量仪均能够具有合适的机型满足客户的要求。为适应现代制造业越来越多的实现实时监控的需要,过去一般放置在计量室的影像测量仪更多地安放在生产现场,这就为适应车间复杂的环境提出了新的要求。在目前影像测量仪应用中,车间型的影像测量仪除了在机械本体采用了一系列措施之外,更多地采用了温度传感器和软件的修正补偿措施。如采用了ACTIV(温度效应的自适应补偿)技术的影像测量仪,在机体的关键部位放置了16  个温度传感器,实时地读取温度数据,并利用ACTIV  算法实时地计算由于温度波动而引起的膨胀收缩和非线性弯曲,并实时地产生补偿数据。通过利用ACTIV技术,使得影像测量仪能够实现从18  到28℃  的高精度检测。

 

首先,从冲压车间加工好的冲压件经过地轨车运送至桥式影像测量仪旁(这里是 BETA),经过检测,合格的冲压件运到焊装车间,经焊接加工后送至在线机器人VENTO  检测,或可以送至TYPHOONA  影像测量仪检测,检验合格的焊接件送至整车加工车间形成白车身,白车身送至大型机VENTO  上检测,然后再送去涂装,最终总装成轿车车身。在线机器人的检测和整车检测都需要向三次元影像测量仪发送信息进行联络。还可以利用三次元影像测量仪软件的离线检测功能,将读进来的零部件模型或来自设计的图形进行离线检测或评价等功能。此外从影像测量仪获得的模型还可以直接送至研发部门的计算机用作进一步设计的工具。

 

4、箱体类工件

轿车的动力总成部分许多零部件结构复杂,对刚性,强度有一定要求。诸如轴类,连杆活塞,发动机缸体,减速器等,通常选用桥式影像测量仪。

 

轿车工业中的箱体类零件检测具有鲜明特点:1、多参数综合检测,2、大量数据分析和统计分析,需要最终检测,3、零件相对复杂体积变化大,柔性程度高。基于以上特点,用影像测量仪作为其检测工具就可以很好的解决这类问题。

 

例如轿车的多缸发动机的缸孔检测。将活动桥影像测量仪放置在生产线上,同时配有上下料系统,可以完成缸体的综合检测。这类零件主要检测缸孔轴承孔或定位销孔。每个缸孔需测三个截面,每个主轴承孔需测两个截面,共需检测五类参数,直径尺寸16  个,距离尺寸6  个,锥度12  个,平行度1  个,同轴度3  个。其测量过程如下:被测工件放入该影像测量仪卧式输送滑台的待料位置,定位后,滑台便开始水平移动,当被测工件送入测量工位后,便开始有关参数的测量。

 

由于每个主轴承孔都要测两个截面,所以要有瞬时静止不动。而当滑台到达测量工位的终点位置后,并在缸孔的三个被测截面处作瞬时停留以便进行测量。检测装置向上退回原位后,工件的输送滑台便移至原位,然后移去已测毕的工件,并装上一个待测量的缸体,这样在结束一个循环的同时,又马上可开始新的循环。在对主轴承孔,销孔和缸孔等进行检验时,工件输送装置旁的打印工位可以给已检验完毕的工件分组打钢印。多工位检验用影像测量仪的工作效率很高,每小时可测量一百多个工件。

三次元影像测量仪通常设在生产线(旁)的测量室内,以缩短运输的时间,便于制件检测。这种在线检测方式已成为冲压件、分总成和车身检测的主要手段,其影像测量仪的尺寸依制件的最大尺寸而定,台数依据生产量及抽检率而定。安装在冲压生产线上的影像测量仪依冲压件的大小而定,安装在焊接生产线上的影像测量仪依分总成大小及白车车身长度及宽度而定。目前在现代化的汽车生产厂内每周为一个检测周期,抽检率为 2%。安装在研发中心的影像测量仪用于产品匹配分析及改进测量程序。在冲压车间的运用中 BRAVO 被用于在冲压工件时检查同一种零件的外形尺寸是否合格。

在冲压车间里使用 BRAVO,使工程师们在不合格产品出来之前就能够制定出纠正任何加工误差的冲压工序来。正是在冲压车间里,FIVE 夹具系统显示出了其价值。这种夹具系统能在 5 至 10 分钟内,利用 LIZ 软件和影像测量仪移动夹具模块,组合成能夹紧另一种外形工件的另一个夹具。这一系统对模具试制也很有价值。在正常情况下需要 1 至 2 周的时间试制模具。 

模具试制,模具是作为一个CAD 文档使用 CATIA 软件程序设计出来的。在完成了常规的测量之后,工程师们知道如何使那些角度与零件配合起来以及如何修改模具。这个工作在不到半天的时间内就可以完成。最重要的变化就是我们不再需要在车间内划分出一大片区域储存专用量具。我们改由每次对量具和支架进行调整,到现在只需简单的根据数据记录,在检测程序上进行调整。当然,现在数据更加可靠。 

5、底盘的检测

为了测试车辆运行后底盘上各气管及运动组件的抗震性等位置变化,需选用三悬臂的影像测量仪(地面上两个臂用于建车身坐标系及测量车身尺寸,地下的臂是为了测量底盘上的尺寸),目前我们国家只有上海大众配备了这样的影像测量仪,见图 4.3 三悬臂影像测量仪地上部分,图4.4 三次元影像测量仪地下的悬臂。