簡單分析機器人紅外線檢測系統(tǒng)在汽車車身焊接中的應用

是汽車制造過程中的關(guān)鍵工序之一，具有很高的技術(shù)指標要求，因此必須對焊接質(zhì)量進行認真檢測。

傳統(tǒng)的檢測方式通常是采用固定三坐標測量機，但這種方式操縱復雜，速度慢，周期長，只能對產(chǎn)品進行抽檢。

機器人檢測作為一種新型的檢測手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速及精度高等優(yōu)點，因而可以應用于汽車車身的在線檢測，及時反饋產(chǎn)品的誤差信息，不僅提高了產(chǎn)品的合格率，同時也為工藝改進、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。所以，在同悅轎車焊裝自動化生產(chǎn)線上增加了機器人紅外線檢測系統(tǒng)的應用。

機器人在線檢測系統(tǒng)構(gòu)成

本測量系統(tǒng)由兩臺對角布置的KUKA機器人、視覺傳感器、測量控制柜（內(nèi)含測量計算機及圖像處理系統(tǒng)，用戶界面程序，服務器模塊等）、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。其中激光視覺測頭是獲取被測對象圖像信息的直接器件。采用半導體激光器作為光源的測頭，可以非接觸、在線測量車身上棱邊、定位孔的空間三維坐標或功能尺寸。其主要技術(shù)參數(shù)為：分辨率0.01mm，精度±0.05mm，測量時間0.5s，工作距離200mm，激光測頭和傳感器支架的總質(zhì)量約為12kg。

應用案例

1.系統(tǒng)布置

在同悅自動化下線MB110工位車身兩側(cè)布置兩臺檢測機器人。為了對車身內(nèi)部的一些重要的特征點也可以進行測量，并兼顧車身前后關(guān)鍵功能點，經(jīng)過機器人三維仿真模擬，并結(jié)合現(xiàn)場布局，確定檢測工作站布局如圖1所示。

2.測量點方案及模擬

（1）測量點數(shù)的計算 A車焊裝自動化線的生產(chǎn)節(jié)拍為130s/臺，滑橇輸送時間20s，機器人單個特征點的檢測時間約2.5s。按此計算，兩機器人最多的測量點數(shù)為：（130－20）/2.5＝88個點。

（2）測量點的選擇、模擬與確認 整個焊裝生產(chǎn)線共有四個關(guān)鍵的總成狀態(tài)：側(cè)圍總成、發(fā)動機艙總成、地板總成及車身總成。我們只采用了一套在線檢測系統(tǒng)，即白車身的在線檢測系統(tǒng)，因此，測量的點數(shù)越多，在線監(jiān)控的視野也就越廣闊。在計算機仿真之前，以固定式三坐標測量點為基礎，并根據(jù)測量點的重要性，經(jīng)過計算機三維仿真模擬及現(xiàn)場調(diào)試，共確定了77個測量點。

3.檢測的實現(xiàn)及可實現(xiàn)的功能

（1）檢測過程 如圖2所示，白車身在滑撬上運動到檢測工作站停下并精確定位，線控制器給檢測站控制器發(fā)“到位”信號→站控制器給機器人發(fā)“車型”及“啟動”信號→機器人接到信號后開始工作，機器人在每個測量點向測量控制器發(fā)“測量請求”和“測點ID” 信號，等待測量控制器發(fā)回的“測量完成信號”→測量系統(tǒng)接到信號后開始測量并記錄數(shù)據(jù)，然后傳遞到測量分析軟件進行處理，測量結(jié)束后向機器人發(fā)“測量完成”信號→機器人收到“測量完成信號”后開始向下一測量點運動，至此完成全部待測點的測量。

圖 在線檢測過程示意

（2）檢測系統(tǒng)可實現(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)查詢是按整個車身進行查詢，反映整個車身的情況。整車數(shù)據(jù)查詢既可以按照車身的生產(chǎn)時間進行查詢，也可以按照車身的編號進行查詢。查詢數(shù)據(jù)的列表可以采用多種排序方式：車身編號和點號、點號和車身編號、生產(chǎn)時間及生產(chǎn)班次等。數(shù)據(jù)的顯示采用三種不同的底色來反映測量點制造誤差的大小。

功能尺寸分析。功能尺寸分析是對一個車身的多個點進行綜合評價?？梢赃x擇一定時間段生產(chǎn)的車身進行功能尺寸評價，也可以選取一定的車身編號段內(nèi)的車身進行功能尺寸評價。最后在評價表中會列出車身編號、生產(chǎn)時間以及各功能尺寸，表中數(shù)據(jù)的顯示可以按照選定的功能尺寸項進行排序，也可以選擇圖示顯示。

統(tǒng)計功能。對整個生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以分為月統(tǒng)計和年統(tǒng)計：對于每月逐日的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以選擇統(tǒng)計條件，如需要統(tǒng)計的月份、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)計數(shù)目是根據(jù)月統(tǒng)計數(shù)目進行統(tǒng)計的，所以每個月的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后，就會出現(xiàn)在年統(tǒng)計表格中。

4.測量影響因素及注意事項

在測量過程中，反復驗證，總結(jié)影響測量精度的主要因素有以下四個方面：

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

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

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

（4）機器人本身的重復性定位精度越高，測量的精度就越高。

5.實際效果

在A車焊裝自動化線下線工位MB110工位增加的在線檢測系統(tǒng)，對下線白車身的關(guān)鍵尺寸進行實時監(jiān)測，經(jīng)驗證明有以下效果：測量速度快、精度高，實現(xiàn)了在線產(chǎn)品的100%檢測。當檢測數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)出現(xiàn)小批量偏差時，控制站會自動報警，工作人員可及時發(fā)現(xiàn)問題。根據(jù)監(jiān)測的趨勢圖表分析，現(xiàn)場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間。

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

目前，基于工業(yè)機器人的視覺檢測技術(shù)已經(jīng)成為國外大公司研究的熱點，而且，各大汽車生產(chǎn)廠家也都把工業(yè)機器人柔性視覺檢測定為今后在線檢測的應用趨勢。目前，工業(yè)機器人視覺檢測技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了汽車白車身的在線柔性檢測、擋風玻璃的自動安裝、轎車車門的自動安裝、激光焊縫的檢測等，并成功應用于BMW、DaimlerChrysler、GM等國際著名汽車生產(chǎn)廠家，在自主品牌汽車生產(chǎn)廠家也正逐步應用。