智能在线检测技术
在北京现代焊装车间的应用
闫静，胡浩，许完成
dff北京现代汽车有限公司沧州分公司 河北沧州 061000
摘要：针对北京现代汽车有限公司柔性汽车焊装生产线，规划了基于机器人柔性在线视觉检测的自动化控制系统，实现了白车身100%在线精度测量，完成了对车身焊装生产线的实时监控，提高了焊装线的生产效率。实践表明：智能在线柔性视觉检测技术在预防车身尺寸精度潜在质量问题和尺寸控制问题解决方面的可行性和有效性，符合北京现代公司的使用要求，目前已成功运行于北京现代各厂车身焊装生产线。
关键词：智能；在线视觉检测；柔性化生产
车身制造是一个系统集成度较高的工程，它由复杂的具有空间曲面特性的薄板冲压件，在焊装生产线上快速地、大批量地焊接而成，其装配定位点或孔可达1 800多个，焊点在4 000〜6 000个[1-2]。其制造过程中生产环节很多，出现偏差在所难免，它直接影响到最终汽车产品的品质，例如噪声、密封性、行驶平顺性、寿命、外观等性能以及汽车的制造成本等。
白车身尺寸精度是衡量汽车产品质量的重要指标，而传统的三坐标测量设备由于受测量环境空间等原因的限制，只能远离制造现场，离线对白车身抽样检测，其检测周期长、效率低。当今汽车制造业对生产节拍和车身的制造精度要求越来越高，需要实时在线的车身尺寸检测技术，这是传统的三坐标测量机无法完成的。
因此，对焊装完的白车身总成进行实时的尺寸在线测量是极其必要的。视觉检测技术的成熟应用，是实现在线测量的基础，与传统的测量技术相比，视觉检测技术具有非接触、效率高（在线100%测量率，测量速度快）、动态测量（车身焊接组立过程中的尺寸变化)、适应性强（各个工位工况布置）的明显优势，适用和白车身制造过程密切相关的尺寸偏差故障源诊断[3]。
基于以上原因，北京现代沧州工厂与美国Perceptron公司进行合作，在车身主焊线上引入了基于3D激光扫略的非接触式视觉在线检测技术ACS（Auto Checking System），并根据现场实际生产需要进行完善，保证测量结果的可靠性，提高白车身生产效率，同时能够适应多车型生产线柔性化的要求。
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1.智能检测方案规划基本思路
北京现代沧州工厂焊装车间前期规划4车型30万辆的产能，对工艺设备提出柔性化生产需求，多车型混线生产，因此建立柔性视觉检测站成为白车身在线测
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工位，如图1所示。根据北京三工厂的测量实际情
工作站布局。
图1 ACS 生产线布局
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基于机器视觉的ACS 在线检测技术工作站性能参）安装性能：主焊线生产节拍（50.7s ，测48s ，设备运转率93%。
）运行环境：温度5℃～45℃，湿度～90%。0.05mm ，HH030L 现，工作半径2 图2 副车架安装点检测 图3 ACS 规划布局汽车机油常识
ACS 视觉检测设备工作原理及系统结构
ACS 在线检测技术是一套自动化程度很高的光学测量系统，是在每台机器人末端的法兰盘处安装一个视觉传感器，用于获取被测对象的图像信息。该系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，硬件部分包括5个六轴工业机器人、校准球模块、激光传感器探头、控制柜等，软件部分包括计算机处理系统、测量控制软件、数据管理与分析等，具体如图4所示。
1.智能检测设备工作原理
ACS 在线视觉检测技术是Perceptron 公司提出的
自动三维扫描（3D SCAN ）解决方案。Helix 是最新的能提供完整尺寸测量控制的精确3D 扫描传感器，其测量精度±0.05mm ，可以在一个位置捕获多个零件特征来确保零件或过程信息的精确和重所示，机器人在同一位置没有任何移动的情况下可同时捕获后尾灯三个安装孔的形状特征。Point cloud 形式的数据进行收集，通过，可导出区域内所测特征几何的形状，如图6检测设备通过扫略的方式可在机器人固定或者机器人更少测量姿势的状态，在保障测量数据可靠的前提下，测量更多的点，很大程度上提高了其检测 2.ACS 检测设备控制系统设计
ACS 视觉检测设备处于焊装车间自动化控制系统的设备层，检测工作是在车间控制层PLC 和车间管理层MES 协同控制完成的。车身随台车在STL 作用下移动到视觉检测站，在定位夹具作用下精确定位，机器人接到工作开始信号后按照设定完的工作轨迹进行检测，其运行的流程如图7所示，系统运行流程主要包括Station Task ， Main Task 和 校准球测量三部分：
1）Station Task 工位工作，主要是指测量车身前的准备工作。车身在线体PLC 的控制下进入#327测量工位，从PLC 获取该车身信息（包括车型的 SEQ NO.，BODY NO ，车型以及台车信息）后，向PLC 发送接受车身信息完成信号。
图4 ACS 检测系统构成示意图
图5 Helix 扫描安装孔特征
图6 扫略后的点云数据
图7 ACS视觉检测运行流程
ACS视觉检测设备工作原理及系统结
1.白车身关键测点分布及公差管理
A C S主要测量白车身的装配孔、定位孔、面及边等主要装配特征。沧州工厂规划年产能30万辆，考虑到后续新车型投入及生产节拍的问题，机器人完成全部测量动作时间不得超过50.7s。机器人每点测量时间平均为2.5s，则在生产节拍内可测量大约50.7s/2.5s×5=102个测量点。根据测量点的重要性，经
图8 YC关键测点分布
图9 NU关键测点分布
ACS中可以实现对每个测量点进行公差值的管理，参照三坐标管理基准，将测量的装配特征进行精度
等级区分管理，设置不同的公差范围，见表1和表2。对每个点设定公差，对于超差的点，ACS设置有自动报警功能，会将超差点的具体误差信息以邮件形式发送到管理者。
2、系统数据分析功能
A C S数据查询及分析功能是基于统计过程控制
图10 ACS测点数据帕累托图图11 ACS测点尺寸控制图
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