焊接是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用，并且是汽車制造過程中的重要工序之一，具有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，因此必須對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式通常是采用固定三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，但這種方式操縱復(fù)雜，速度慢，周期長(zhǎng)，只能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抽檢。機(jī)器人檢測(cè)作為一種新型的檢測(cè)手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速及精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可以應(yīng)用于汽車車身的在線檢測(cè)，及時(shí)反饋產(chǎn)品的誤差信息，不僅提高了產(chǎn)品的合格率，同時(shí)也為工藝改進(jìn)、減小誤差提供了閉環(huán)反饋的尺寸控制手段，符合現(xiàn)代制造的質(zhì)量工程要求。下文以同悅轎車焊裝自動(dòng)化生產(chǎn)線的機(jī)器人紅外線檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用案例來分析。

機(jī)器人在線檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

本測(cè)量系統(tǒng)由兩臺(tái)對(duì)角布置的KUKA機(jī)器人、視覺傳感器、測(cè)量控制柜（內(nèi)含測(cè)量計(jì)算機(jī)及圖像處理系統(tǒng)，用戶界面程序，服務(wù)器模塊等）、PLC控制柜系統(tǒng)（安全門模塊，光柵，RFID系統(tǒng)，Z向傳感器）等部分構(gòu)成。其中激光視覺測(cè)頭是獲取被測(cè)對(duì)象圖像信息的直接器件。采用半導(dǎo)體激光器作為光源的測(cè)頭，可以非接觸、在線測(cè)量車身上棱邊、定位孔的空間三維坐標(biāo)或功能尺寸。其主要技術(shù)參數(shù)為：分辨率0.01mm，精度±0.05mm，測(cè)量時(shí)間0.5s，工作距離200mm，激光測(cè)頭和傳感器支架的總質(zhì)量約為12kg。

應(yīng)用案例

1.系統(tǒng)布置

在同悅自動(dòng)化下線MB110工位車身兩側(cè)布置兩臺(tái)檢測(cè)機(jī)器人。為了對(duì)車身內(nèi)部的一些重要的特征點(diǎn)也可以進(jìn)行測(cè)量，并兼顧車身前后關(guān)鍵功能點(diǎn)，經(jīng)過機(jī)器人三維仿真模擬，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布局，確定檢測(cè)工作站布局如圖1所示。

圖1 在線檢測(cè)工作站布局

2.測(cè)量點(diǎn)方案及模擬

（1）測(cè)量點(diǎn)數(shù)的計(jì)算  A車焊裝自動(dòng)化線的生產(chǎn)節(jié)拍為130s/臺(tái)，滑橇輸送時(shí)間20s，機(jī)器人單個(gè)特征點(diǎn)的檢測(cè)時(shí)間約2.5s。按此計(jì)算，兩機(jī)器人最多的測(cè)量點(diǎn)數(shù)為：（130－20）/2.5＝88個(gè)點(diǎn)。

（2）測(cè)量點(diǎn)的選擇、模擬與確認(rèn)  整個(gè)焊裝生產(chǎn)線共有四個(gè)關(guān)鍵的總成狀態(tài)：側(cè)圍總成、發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成、地板總成及車身總成。我們只采用了一套在線檢測(cè)系統(tǒng)，即白車身的在線檢測(cè)系統(tǒng)，因此，測(cè)量的點(diǎn)數(shù)越多，在線監(jiān)控的視野也就越廣闊。在計(jì)算機(jī)仿真之前，以固定式三坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)為基礎(chǔ)，并根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的重要性，經(jīng)過計(jì)算機(jī)三維仿真模擬及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，共確定了77個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

3.檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)及可實(shí)現(xiàn)的功能

（1）檢測(cè)過程  如圖2所示，白車身在滑撬上運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)工作站停下并精確定位，線控制器給檢測(cè)站控制器發(fā)“到位”信號(hào)→站控制器給機(jī)器人發(fā)“車型”及“啟動(dòng)”信號(hào)→機(jī)器人接到信號(hào)后開始工作，機(jī)器人在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)向測(cè)量控制器發(fā)“測(cè)量請(qǐng)求”和“測(cè)點(diǎn)ID” 信號(hào)，等待測(cè)量控制器發(fā)回的“測(cè)量完成信號(hào)”→測(cè)量系統(tǒng)接到信號(hào)后開始測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，然后傳遞到測(cè)量分析軟件進(jìn)行處理，測(cè)量結(jié)束后向機(jī)器人發(fā)“測(cè)量完成”信號(hào)→機(jī)器人收到“測(cè)量完成信號(hào)”后開始向下一測(cè)量點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，至此完成全部待測(cè)點(diǎn)的測(cè)量。

圖2 在線檢測(cè)過程示意

（2）檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能  具體有三種功能：

整車數(shù)據(jù)查詢與分析。整車數(shù)據(jù)查詢是按整個(gè)車身進(jìn)行查詢，反映整個(gè)車身的情況。整車數(shù)據(jù)查詢既可以按照車身的生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行查詢，也可以按照車身的編號(hào)進(jìn)行查詢。查詢數(shù)據(jù)的列表可以采用多種排序方式：車身編號(hào)和點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)號(hào)和車身編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間及生產(chǎn)班次等。數(shù)據(jù)的顯示采用三種不同的底色來反映測(cè)量點(diǎn)制造誤差的大小。

功能尺寸分析。功能尺寸分析是對(duì)一個(gè)車身的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。可以選擇一定時(shí)間段生產(chǎn)的車身進(jìn)行功能尺寸評(píng)價(jià)，也可以選取一定的車身編號(hào)段內(nèi)的車身進(jìn)行功能尺寸評(píng)價(jià)。最后在評(píng)價(jià)表中會(huì)列出車身編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間以及各功能尺寸，表中數(shù)據(jù)的顯示可以按照選定的功能尺寸項(xiàng)進(jìn)行排序，也可以選擇圖示顯示。

統(tǒng)計(jì)功能。對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以分為月統(tǒng)計(jì)和年統(tǒng)計(jì)：對(duì)于每月逐日的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以選擇統(tǒng)計(jì)條件，如需要統(tǒng)計(jì)的月份、分歧格數(shù)目等。圖表顯示的形式可以是合格率也可以是日產(chǎn)量；年統(tǒng)計(jì)數(shù)目是根據(jù)月統(tǒng)計(jì)數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，所以每個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，就會(huì)出現(xiàn)在年統(tǒng)計(jì)表格中。

4.測(cè)量影響因素及注意事項(xiàng)

在測(cè)量過程中，反復(fù)驗(yàn)證，總結(jié)影響測(cè)量精度的主要因素有以下四個(gè)方面：

（1）傳感器采集圖片時(shí)的姿態(tài)  垂直于檢測(cè)特征面時(shí)精度最高，隨著傾斜角的增大，測(cè)量精度隨著降低。

（2）溫度的影響  環(huán)境溫度的影響可以忽略，但機(jī)器人本體運(yùn)行過程中溫度的變化對(duì)測(cè)量的數(shù)值影響較大，溫度變化主要在檢測(cè)特征面的法線方向上產(chǎn)生偏差（垂直測(cè)量時(shí)）。在極限條件下，對(duì)精度最大影響約為0.2mm。通常情況下，溫度影響不大。

（3）測(cè)量特征的影響  測(cè)量特征越明顯，測(cè)量的精度越高，例如棱線上測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量精度要比口邊線上的測(cè)量精度高，平面孔的測(cè)量精度比螺母孔的測(cè)量精度高。

（4）機(jī)器人  機(jī)器人本身的重復(fù)性定位精度越高，測(cè)量的精度就越高。

5.實(shí)際效果

在A車焊裝自動(dòng)化線下線工位MB110工位增加的在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)下線白車身的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)證明有以下效果：測(cè)量速度快、精度高，實(shí)現(xiàn)了在線產(chǎn)品的100%檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)小批量偏差時(shí)，控制站會(huì)自動(dòng)報(bào)警，工作人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。根據(jù)監(jiān)測(cè)的趨勢(shì)圖表分析，現(xiàn)場(chǎng)工程師可大概判定問題產(chǎn)生的原因，為解決問題指引了方向，壓縮了問題產(chǎn)生原因的范圍，縮短了解決問題的時(shí)間。

通過該系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，降低了白車身的返修率及報(bào)廢率。安裝此測(cè)量系統(tǒng)至今，未出現(xiàn)產(chǎn)品批量返修及報(bào)廢現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

目前，基于工業(yè)機(jī)器人的視覺檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)外大公司研究的熱點(diǎn)，而且，各大汽車生產(chǎn)廠家也都把工業(yè)機(jī)器人柔性視覺檢測(cè)定為今后在線檢測(cè)的應(yīng)用趨勢(shì)。目前，工業(yè)機(jī)器人視覺檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車白車身的在線柔性檢測(cè)、擋風(fēng)玻璃的自動(dòng)安裝、轎車車門的自動(dòng)安裝、激光焊縫的檢測(cè)等，并成功應(yīng)用于BMW、DaimlerChrysler、GM等國(guó)際著名汽車生產(chǎn)廠家，在自主品牌汽車生產(chǎn)廠家也正逐步應(yīng)用。