圖1 激光跟蹤儀6D測量模式
【摘要】本文探討了激光跟蹤儀的使用特點(diǎn)以及近年來最新發(fā)展的6D測量技術(shù)，并基于此提出了車間現(xiàn)場環(huán)境中車身的檢測和分析方案，及時、快速的發(fā)現(xiàn)和解決車身零件制造，裝配，尺寸分析等問題，提高汽車車身測量效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
[Abstract]As a new technology, 6D products of laser tracker are more and more popular in carbody inspection and analysis process, especially in shop floor environment. This article illustrates the theory of this technology and supply solutions to different measurement requirements such as part production, assembly and problem analysis on site, which will highly improve efficiency and quality in car body production.
【關(guān)鍵詞】 6D測量技術(shù),便攜測量,點(diǎn)云采集
[Keywords]:6D Metrology Technology, Portable Inspection, Point cloud acquisition
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圖2 T-Probe車體測量
1．激光跟蹤儀6D測量技術(shù)
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(jī)，大型掃描儀等。這類設(shè)備相對于傳統(tǒng)三坐標(biāo)而言精度低，測量過程需要人手動操作，但是可以方便的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)境中也可以保證測量精度。因?yàn)槠浔銛y性和方便性，這類設(shè)備得到了廣泛的應(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，在車身主機(jī)廠、配套廠而得到認(rèn)可，作為三坐標(biāo)測量設(shè)備的補(bǔ)充，越來越多的出現(xiàn)在車間的測量現(xiàn)場。
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圖3 T-scan工件表面掃描
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(biāo)值X,Y,Z(也可以其他坐標(biāo)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(jìn)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(diǎn)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(yùn)而生。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(jī)，從而在測量和跟蹤過程中，不僅可以監(jiān)控跟蹤目標(biāo)的X,Y,Z(中心值)，同時還可以提取目標(biāo)的 I,J,K(沿三個方向的扭轉(zhuǎn))用于代表目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。通過這種方式，可以得到更多的計算信息:
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圖4 BMW工廠車身檢測
1.1 走動式三坐標(biāo)—T-Probe測頭
通過在T-Probe測頭上增加紅寶石探針，既可以像三坐標(biāo)測量機(jī)一樣完成工件上的接觸測量，測量范圍可以達(dá)到直徑50m。既方便的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。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。
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(diǎn)擊測量工具上的按鍵可以進(jìn)行測量，刪除，連續(xù)掃描等功能，將激光跟蹤儀擴(kuò)展成為走動式的三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)無線、無臂操作。
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圖5 車身測量報告
1.2 非接觸測量—T-Scan測頭
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(diǎn)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。
相對于硬測頭單點(diǎn)測量，T-scan測量效率更高，測頭每秒可以測量20000個點(diǎn)，應(yīng)用于車身輪廓掃描對比檢測，逆向，F(xiàn)lush&Gap分析，腰線測量等。
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圖6 點(diǎn)云對比過程
2. 車身檢測中的6D測量技術(shù)應(yīng)用
2.1 車身關(guān)鍵特征尺寸測量
在車身中有大量的特征點(diǎn)，固定孔，槽，圓柱等特征需要進(jìn)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的進(jìn)入測量。 T-Probe無線，無臂的特點(diǎn)正滿足了這種需求。T-Probe整個系統(tǒng)空間測量精度可以達(dá)到7um/m，通過不同探針長度及安裝位置的組合，即可以實(shí)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。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
2.2 車身覆蓋件曲面掃描
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(jìn)行單點(diǎn)采集或連續(xù)掃描為主，將獲取的單點(diǎn)的坐標(biāo)和理論點(diǎn)坐標(biāo)相比，在車身表面以抽樣的方式進(jìn)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(diǎn)云采集得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其主要特點(diǎn)如下：
● 快速的點(diǎn)云采集速度，20000點(diǎn)/秒；
● 工件三維輪廓的實(shí)時顯示；
● 點(diǎn)數(shù)據(jù)與CAD軟件的通用性；
● 快速直觀的比對色差輸出；
● 坐標(biāo)系可以根據(jù)測量需求靈活調(diào)整，指導(dǎo)工件制造過程；
● 數(shù)據(jù)采集后，可以隨時進(jìn)行調(diào)用分析，具有可追朔性；
● 自適應(yīng)不同顏色，不同反光表面的工件，測量無需噴粉。
其一般的檢測過程如圖6所示。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
2.3 車身配合尺寸分析
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）想結(jié)合的方式完成。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
3. 總 結(jié)
綜上可知，Leica激光跟蹤儀的T-Probe和T-Scan 6D測量附件以其良好的車間現(xiàn)場適應(yīng)性和手動操作方便性以及便攜性能，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?！?/p>
