车身制造过程的检测设备浅析

　　1　前言

　　对于汽车车身这样的大批量制造的大型产品,怎样高效、精确地测量其外表面或特征点的三维坐标,一直是车身制造质量控制中难以解决的关键技术之一。车身尺寸检测设备的研究和发展是与计算机、自动控制、精密机械等相关领域的发展密不可分的。从汽车工业早期就存在的检验样架,到70年代三坐标测量机的应用,到90年代各种在线检测设备的开发和应用,车身尺寸检测技术呈现出非接触、高效率、高精度、高柔性、高智能的发展趋势。以下对主要的车身尺寸检测设备和技术作一简要分析。

　　(1)测量样架

　　检验样架是传统车身尺寸检测中重要的一种检测手段。样架是利用主模型形状或产品CAD数据制作的一个立体模型。样架上设置有合适的定位、夹紧和测量装置。待测车身零件或总成放在检验样架上,定位夹紧后就可以进行对比测量(图1)。测量工具为塞尺、百分表或电子量规。测量精度一般为0·1mm左右。检验样架检测具有方法简单、效率高、成本低等优点,缺点在于精度低、受操作人员影响大、功能单一、检测范围有限。目前,检验样架在冲压件尺寸质量控制、车间现场尺寸检验等方面仍然是一种不可缺少的主要检测手段;而在分总成、总成和车身整车尺寸检测中的作用正逐渐被三坐标测量机等先进手段所替代。

　　(2)三座标测量机

　　三坐标测量机是70年代以来伴随着计算机技术、数控技术和传感技术发展起来的自动测量设备,具有度高(0·001~0·01mm)、柔性强(适用几乎任何形状表面)、自动化程度高(可编程控制)等诸多优势。利用三坐标测量机(CMM)对零件、总成和车身进行离线抽样检测,是国内外大多数汽车制造企业目前在车身/模具开发、制造质量控制、计量器具检验等各种工作中主要采用的手段。三坐标测量机的原理是将待测工件放在其容许的测量空间内,利用测头在X、Y、Z三个方向上的精确移动来获得待测工件表面点的空间几何尺寸,如图2。然而对于车身制造过程中的尺寸质量控制而言,三坐标测量机仍然存在着体积庞大、速度低、成本高、环境(温度、振动)要求苛刻等缺陷。

　　其一是测量范围的问题。三坐标测量机难以在生产线上在线布置,难以检测诸如车底总成、侧围内板等柔性大、结构松、不易卸离生产线的零件和总成。据Joseph C Quinlan (美国)等人的统计,目前全世界仅有10%的三坐标测量机集成在生产线上,其余90%仍在执行传统的单件产品测量功能。其二是测量效率的问题。以著名的意大利DEA公司Bravo4308双臂坐标测量机(90年代中期水平)为例,即使是以其最快的速度测量整车160个点,其耗时(不包括运输和标定)也在35分钟以上。相对于一般白车身2~3分钟的生产节拍、150~200台/班的产量,这样的测量速度所能达到抽样率难以超过5%。根据二项分布(Binomial Distribution)概率公式: