機器人激光在線檢測在奇瑞A3焊裝線的應用介紹摘要汽車制造過程中，要嚴格控制車身尺寸，那么尺寸的檢測和控制方式就顯得尤為關鍵。目前，普遍使用的有：離線的三坐標測量、Cubing模型、檢具、在線的機器人激光在線檢測等方法，離線和在線測量相結合能更好的控制車身尺寸。奇瑞公司主打、戰略轉型的A3車型，焊裝就采用了COMAU設計、制造的全自動化生產線且采用激光在線檢測，對車身240多個特性就行100%測量，此項技術是在自主品牌汽車中首次應用，為A3良好的性能奠定了基礎。關鍵詞激光檢測三坐標測量機器人數據分析1前言汽車制造過程中，車身最重要的兩個質量特性是：車身尺寸和車身強度。對車身尺寸的檢測和控制方法主要有三坐標測量、Cubing模型、檢具、機器人激光在線檢測，各種測量方法都存在利與弊，不能對車身尺寸進行完美控制，所以必須采用綜合的測量方法。奇瑞“十年磨一礪”的主打、戰略車型A3，經歷過開創性的“十萬公里連續不間斷公開測試”、“突破性的通過C-NCAP五星安全測試”，被評為“自主品牌汽車杰出品質代表”。良好的綜合性能，尤其是安全性和舒適性，與奇瑞公司著力打造精品車身是分不開的。A3的優秀品質，在設計、規劃、工藝、制造等投入大量人力、物力和先進技術換來的。A3在焊裝車間車身制造過程中采用了全自動主線，車身下部底盤和車身骨架拼裝全部采用自動化夾具和機器人焊接，并在線末采用了機器人激光在線檢測。由于A3自動化生產線是有COMAU公司負責設計、制造、調試，所有機器人全部是意大利COMAU機器人，主要有NH1和NH3型號，主拼夾具采用的是COMAU公司獨有OPENGATE結構，很好的保證了車身尺寸。本文結合奇瑞A3焊裝COMAU自動化生產線，對機器人激光在線檢測的應用控制做簡單介紹。2機器人激光在線檢測的組成系統常見的機器人激光檢測系統主要有機器人系統、檢測報警控制系統、激光測量系統、數據分析系統、遠程監控系統等五大部分組成，圖1是系統組成示意圖。圖1機器人激光檢測系統圖功能實現過程概述：根據預先制定好測量點和測量特性，機器人載著激光測量頭按調試好軌跡進行逐點測量，測量數據通過網絡線傳遞到測量控制器系統中，數據分析系統對實測數據按照工藝控制進行分析判斷，根據判斷結果，對生產線發出繼續生產、報警或停機指令，整個生產線的控制、生產全部有生產線PLC、傳感器等軟硬件組成的控制系統進行循環控制，圖2為現場使用實景圖。圖2激光在線檢測實景圖3機器人激光在線檢測系統的功能應用3.1機器人系統奇瑞A3使用的是COMAU六軸高精度機器人，它完成激光檢測的所有動力功能，機器人控制系統利用其程序多、硬件靈活來實現柔性化檢測，A3線就是A3兩廂、三廂兩車型的柔性檢測。機器人系統主要包括三部分：第一、控制部分：完成數據的運算、程序的運行、信號的轉化等控制功能；第二、工作部分：完成測量點數據的探測、采集和傳輸等終端操作功能；第三、機器人本體：實現運動的傳遞、軌跡的行走、承載工作部分等動作功能，圖3為現場使用機器圖。圖3現場使用機器人圖在采用機器人進行白車身自動焊接時，由于機器人運行產生熱量易影響到機器人的運行路線精度。而機器人本身坐標系產生的微小偏差將直接影響到測點在車身的坐標系，因此每臺測量機器人的細微偏差靠現場溫度補償小球在機器人坐標系中的坐標偏差量來自動補償。根據溫度的變化或工藝的不同要求，可編程控制程序(PLC)可以設定機器人檢測一定數量白車身骨架時，A3檢測數量標準冬夏季是150臺份、春秋季300臺份，對標準小球進行檢測，通過小球的偏差不斷調整機器人的運行狀態。考慮到金屬材料的熱變量,這里采用受熱基本上無變化的碳纖維材料的小球。見圖4圖4溫度補償小球3.2激光測量系統激光檢測系統為一個非接觸式三維視覺傳感器裝置組成，它由2個在45°方向對稱配置的激光傳感器和一個位于中心線上的CCD攝像機組成。激光傳感器用來檢測被測工件型面上某一點在空間的位置;攝像機用于確定工件型面上一個孔的大小和形狀〔見圖5〕。一般來說三點即可確定一個圓孔,但是在檢測時為了保證孔的大小形狀可以多選取一些點,這里我們可以選取30點。對于不規則的物體通過尋找中心,特征邊或角從而確定物體的形狀。終端數據處理系統由PC計算機,交換機及數據處理軟件組成。對于傳輸回來的白車身測點坐標數據,使用VECTOR數據處理軟件進行車身坐標偏差處理。圖6為終端數據處理系統示意圖，圖7為測量系統現場使用圖。面光源面光源線光源特征點圖5激光檢測示意圖圖6終端數據處理系統圖7現場測量圖3.3檢測報警控制系統激光在線檢測的主要目的是監控車身制造尺寸的情況，對不合格的車身進行生產控制。在A3生產線，COMAU公司很好的實現了控制報警功能，有蜂鳴器、閃關燈的聲光報警，還可以根據生產的不同時期、不同的產品質量狀態、工藝技術水平、尺寸預分析狀態可以隨意設置報警數值、報警參數，如下表：應用時期或點特性控制要求生產線狀態新產品調試期測量點增加、小于理論公差嚴格控制隨時報警/停線固化不穩定尺寸點對設計結構不穩定工藝無法彌補進行放寬控制記錄信息不停線SPC分析數據對合格但不穩定進行預警界面提示不停線關鍵尺寸點不允許超理論值隨時報警/停線測量過程進行時關鍵點不允許超差隨時報警/停線非關鍵點連續十次不合格隨時報警/停線測量車完成后關鍵點不允許超差報警/停線非關鍵點連續十次不合格報警/停線測量車測量點不合格數比例為15%報警/停線短期監控測量點工藝要求、實際情況要求而定記錄信息不停線評價方法功能尺寸測量中或測量后與一點超差控制/不合格比例控制任意組成要求隨時報警/停線報警/停線連續穩定點連續一定周期/車輛數穩定減少頻次或取消界面提醒隨意更改控制上下限根據產品狀態工藝要求而定注：表格中不代表全部設置功能A3生產線對于故障和報警的復位進行了非常人性化的界面設置，報警功能的啟動和禁止與生產線的匹配進行了多程序控制，通過切換按鈕可以隨時切換，以便于生產應急。但對于控制測量點的上下限值的修改、測量點的增加和刪除進行了權限設置，保證系統的正常工作。3.4數據分析系統奇瑞A3自動化生產線中使用的激光測量系統，其數據分析功能非常強大，安裝的SPC分析軟件，能滿足車身尺寸的過程統計分析。此系統很好的與檢測報警系統結合起來，完成生產線科學靈活的控制。在此分析系統中，它主要有四種控制工具：主因素分析：主要分析測量點的變化方式，見下圖8；圖8主因素分析圖多關聯趨勢分析：對比不同時間、路徑情況下的方差和便準偏差，見下圖9；圖9多關聯趨勢分析圖上下關聯分析：從數據趨勢中分析尺寸偏差，見下圖10；實驗設計：通過修改一些變量和條件來驗證對結果的影響，見下圖11；圖10上下關聯分析圖11實驗設計根據現場工藝要求，可以采用適合的方法分析。日常使用中，工程技術人員對現場測量的數據進行分析、處理。通過不斷的分析總結，可以調整檢測點的控制公差、測點位置，也可以預測車身質量、工裝夾具的狀態，為現場問題的解決提供數據支持。3.5遠程監控系統A3生產線機器人激光檢測是在線測量，為了便于工程技術人員隨時對對尺寸變化的監控、數據的分析和修改，在線檢測系統納入了三坐標測量系統的局域網管理。通過局域網可以下載數據、數據處理以及導出檢測報告。由于在線檢測和三坐標測量同一個局域網，技術人員可以隨時和三坐標數據進行對比，除了監控生產線生產的車身尺寸之外，還能對機器人在線測量系統的穩定性進行監控。4激光在線檢測、Cubing和三坐標測量技術在A3品質控制中的運用奇瑞A3精品車身制造過程中，車身尺寸控制方面使用了傳統的檢具、三坐標與先進的激光在線檢測、Cubing等測量設備和測量技術相結合。傳統的檢具用來進行四門、前后蓋的制造過程尺寸監控，保證四門、前后蓋狀態的穩定性，滿足四門、前后蓋的匹配。工程技術人員通過對數據的分析，可以推斷工裝夾具、沖壓件、現場操作的穩定性，檢具使用現場見下圖12；三坐標測量主要用于日常的質量提升、為車身尺寸“2mm工程”做技術硬件支持。A3制造過程中，三坐標的測量頻次為100臺份，測量特性多達950多個，全面的監控了整個車身功能尺寸點的穩定性，三坐標使用現場如下圖13；Cubing技術根據整車外觀尺寸1︰1的比例加工制造，把整車外觀件做成模塊化，拆裝方便，主要用于外觀匹配的改善和提升，外觀件主要包括：前后門、前后蓋、前后保、前后大燈等，運用Cubing能迅速的解決外觀匹配的問題。在標準尺寸的Cubing上，工程技術人員定期進行外觀匹配，能對四門、前后蓋等外觀件的關聯匹配、車身骨架上外觀件安裝點的穩定進行監控，實現外觀質量的全面控制，現場如下圖14；激光在線檢測用于車身制造過程中100%的測量，實現過程控制。它主要完成前后風窗、四門門洞、底盤定位裝配孔的測量。通常對這些點的測量監控，保證了整車的前后風擋玻璃的配合外觀、四門匹配、總裝底盤的裝配位置的準確性，保證了整車的駕駛操作性、安全性。圖12三坐標測量圖圖13檢具測量圖圖14Cubing實景圖通過這幾種測設備，可以對車身尺寸進行全面質量管理，各個測量技術之間進行優勢互補，三坐標測量的高精度、測量特性數量可以任意調整且不影響生產線的生產彌補了在線檢測測量特性數量的限制、還可以校正激光在線測量系統；激光在線檢測對每輛車的100%測量、全過程隨時控制生產線和車身品質狀況彌補了三坐標的離線測量和不能全過程監控生產線的不足；Cubing的專用外觀模塊彌補了三坐標測量、激光檢測對外輪廓件的關聯性檢測少的不足，這些技術、設備保證了A3精品車身的生產制造。在A3激光在線檢測生產線中，對測量點的選取采用了循環控制式，在保證生產線節拍100秒的情況下，使測量點數量最多，并進行定期更改不同位置的測量點，這樣就能實現在一定周期內，全面測量車身上所有測量點。5機器人激光在線測量系統的柔性化測量運用隨著顧客對汽車舒適性的要求不斷提高，整車的舒適性要求更加精確的控制汽車車身尺寸。車身尺寸的是否精確影響著整車的操作性、駕駛者的駕駛經歷。精確的車身尺寸是整車安全性的良好保證，尤其是關鍵件、安全件的安裝點，奇瑞A3焊裝線的激光檢測系統對懸置、減震器、副車架安裝點和前后大燈安裝點、車身的前后保安裝點都進行全檢，確保了車身關鍵尺寸100%合格，真正意義上做到不讓一個尺寸不合格品車流出車間的質量控制。汽車生產企業考慮到一線一車型成本較高，一般都多車性共線生產，機器人激光檢測同樣存在相同問題，不可能檢測單一車型，因此在規劃生產時盡量考慮到機器人焊接及機器人激光檢測柔性化發展。奇瑞A3的兩廂和三廂車采用柔性共線生產，利用給滑橇上安裝的MOBY-Ⅰ存儲有車型等信息轉換程序的讀寫頭及主線工位(讀取端)上安裝可以讀取車型轉換程序的讀寫頭來給可編程控制器信號,控制器接收到信號后給機器人信號實現不同車型之間的轉換,從而達到共線生產是一種比較理想的生產組織方式。同樣,機器人激光檢測系統也可以利用其生產組織方式達到車型之間切換檢測的目的（圖15）。主線工位的讀寫頭主線工位的讀寫頭可編程控制器(檢測工位)機器人(檢測)檢測完成圖15檢測柔性化在生產使用過程中，測量系統嚴格控制車身尺寸不合格的車身流到下道工位，通過測量控制系統的檢測、分析、判斷，系統會對生產線發出兩種指令：繼續生產、不合格離線。當尺寸發生偏差，檢測系統告知此車身不合格，要調離生產線，Comau在設計這條自動化生產線時，通過旋轉岔道分離的方法，方便的實現了此功能，見下圖16。圖16不合格車身分離工位尺寸不合格車身產生后，工程技術人員要對故障車進行原因調查、從本質上解決問題。首先要分析在線測量數據，如存在測量點的數值、偏差點數量有突變或明顯錯誤，就要仔細檢查故障車身測量處是否有磕碰、變形等缺陷；否則，對故障車進行三坐標測量，如果三坐標測量值與在線檢測數值偏差較大，就要檢查激光在線測量設備本身的原因。工程技術人員通過不斷摸索、總結，逐步優化激光在線檢測數據的設定值、測量特性的選取，使激光在線檢測更好的控制車身質量。6總結顧客的要求加上汽車市場日益激烈的競爭以及廣大民眾對民族汽車的期望，奇瑞聚集雄厚的技術力量、投入大量的資金、使用了全自動化生產線，打造中國第三代家轎奇瑞A3。奇瑞A3是奇瑞向改革開放三十周年的獻禮之作，凝聚奇瑞人十年來又一個夢想，也一定會打造為第三代家轎精品。”先進的制造工藝是奇瑞A3成功的基礎，從A3的實例中可以看到，機器人自動化設備、激光在線檢測是汽車車身制造技術發展應用的趨勢，這些技術在以后的焊裝工藝中會得到更廣泛的應用。參考文獻1DataUse_SPC_PCIperceptron公司20092AutoGaugeHardwareReviewperceptron公司2008

附錄資料：不需要的可以自行刪除車間配線設計技術要求一、總體要求：1、工程概況：本次工程主要為車間內部設備的動力電設計、安裝部分。2、本工程包含全部電氣配套設施的采購、安裝、對接；中標方負責全部電線、電纜、連接頭、動力柜、配電盒及其配件的采購、搬遷、安裝等，并滿足使用要求。其中主線路的架設采用橋架支撐空中架設，距地面高度不低于6米，每根柱子架設一套。3、本次配電工程中電纜規格型號全部為BV系列銅芯電纜，電纜額定電壓為0.66/1KV。電纜品牌：電纜可選用江蘇上上電纜集團有限公司，南洋電纜集團有限公司，安徽綠寶電纜有限公司，安徽航天電纜集團有限公司,山東遠東電纜有限公司等產品，隨電纜需附有產品合格證和產品質量檢驗合格證；線纜為BV線纜標準符合國標要求；斷路器選用正泰品牌，隨機附有產品合格證和產品質量檢驗合格證。4、電纜鋪設按國家電氣安裝標準執行，線號清晰，線路規范產品技術標準符合國家標準及行業規范要求。5、動力柜需配置零排和地排,柜體要有相應的銘牌和產品合格證，配備電流、電壓表。6、塑料外殼式斷路器均采用正泰品牌標準型3極斷路器。配電柜體均采用上海電器股份有限公司人民電器廠生產的標準柜體。7.車間照明燈具要求功率100w，均采用浙江陽光品牌；配套開關采用TCL品牌。二、主材配置圖3-1裝一圖3-1裝一車間廠房布局圖1）配電柜底座安裝10#槽鋼基礎，高度約為200/180cm，周圍需密封,配置零排和地排,柜體要有相應的銘牌和產品合格證。配置三相電壓表1塊，安裝電壓轉換開關1只實現相間電壓轉換；配置三相電流表3塊。2）配電柜箱體高度1800mm，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，頂部、底部可根據要求開進出線孔；安裝板及側梁可以調節、安裝檢修靈活、方便、結構緊湊、通用性好。柜門附配電柜線路圖。3）技術參數（銘牌須有標識）□符合標準：IEC439、GB7251.1-1997、JB／T9661-1999

□額定電壓：AC400V

□額定絕緣電壓：660V

□額定電流：根據負荷要求定

□額定短時耐受電流：30kA

□外殼防護等級：IP304）配電柜內部使用銅排母線連接，柜內母線要求外敷熱縮套管，柜內接線端子應與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。2、分線配電柜要求1）配電柜箱體規格H1200*W600*D400，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，底部可根據要求開進出線孔；安裝板及側梁可以調節、安裝檢修靈活、方便、結構緊湊、通用性好。柜門附配電柜線路圖。2）技術參數（銘牌須有標識）□符合標準：IEC439、GB7251.1-1997、JB／T9661-1999

□額定電壓：AC400V

□額定絕緣電壓：660V

□額定電流：根據負荷要求定

□額定短時耐受電流：30kA

□外殼防護等級：IP303）配電柜內部使用銅排母線連接，柜內母線要求外敷熱縮套管，柜內接線端子應與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。3、配電箱1）配電柜箱體規格600*400，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，底部可根據要求開進出線孔；安裝板及側梁可以調節、安裝檢修靈活、方便、結構緊湊、通用性好，要求安裝高度離車間地面1.5米。2））配電柜內部使用銅排母線連接，柜內母線要求外敷熱縮套管，柜內接線端子應與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。三、相關內容及要求(一)車架車間配電要求1、總配電柜部分安裝1)從車間內配電室接主電纜至主配電柜位置，安裝XL-21配電柜（JP1）1臺。2)該配電柜采用三相五線制，其中零線、底線由獨立接線銅排。配電柜要求含總控開關（塑殼斷路器）1只、車間線路控制開關3只、備用三相斷路器3只。4)從配電柜對應斷路器三相五線制電纜連接分別至車間三條線路分配控制部分。2、車架車間線路1配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜JP1-1、JP1-2；配電箱JK1-32）要求配電柜JP1-1含總控開關1只、三相斷路器3只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電柜JP1-2含總控開關1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱JK1-3含三相斷路器1只。3、車架車間線路2配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜JP2-1、JP2-2、JP2-3；配電箱。2）要求配電柜JP1-1、JP1-2均含總控開關1只、三相斷路器3只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電柜JP1-3含總控開關1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱根據配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，所有斷路器均含有漏電保護功能。3）車間照明控制依照配電圖安裝于相應位置。4、車架車間線路3配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電箱。2）要求配電箱根據配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，所有斷路器均含有漏電保護功能。5、配線要求1）總配電柜采用1000A斷路器總開關，1個400A塑殼斷路器，2個250A塑殼斷路器2）分線配電箱內部采用總開關250A塑殼斷路器，三相均采用100A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器，備用斷路器采用100A塑殼斷路器3）配電箱內部采用總開關250A塑殼斷路器，三相均采用60A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器4）線路2主線采用BV95銅線，零線和地線采用BV50銅線。線路1和線路3主線采用BV50銅線零線和地線采用BV25銅線。5)配電柜支線采用BV25銅線，零線、地線采用10銅線。6)配電箱支線采用BV16銅線，零線、地線采用6銅線7）照明主線采用BV6銅線，燈線采用2.5銅線。6、材料明細名稱規格單位數量備注配電柜XL-21含配套件件1A類分線配電柜H1200*W600*D400件3內含7個塑殼式斷路器B類分線配電柜H1200*W600*D400件2內含10個塑殼式斷路器A類配電箱600×400件23相/1B類配電箱600×400件13相/2C類配電箱600×400件143相/3D類配電箱600×400個33相/1+2相/2E類配電箱600×400個23相/2+2相/1F類配電箱600×400個43相/3+2相/1銅線BV952米約420內含接線鼻銅線BV502米約920銅線BV252米約500銅線BV162米約500銅線BV102米約100銅線BV62米約300線路橋架套505號槽鋼焊接，含瓷瓶照明配電箱400×200套4含控制系統其他輔材---(二)車相車間配電要求1、總配電柜部分安裝1)從車架車間內配電室接主電纜至主配電柜位置，安裝XL-21配電柜（XP）1臺。2)該配電柜采用三相五線制，其中零線、底線由獨立接線銅排。配電柜要求含總控開關（塑殼斷路器）1只、車間線路控制開關3只、備用三相斷路器3只。4)從配電柜對應斷路器三相五線制電纜連接分別至車間三條線路分配控制部分。2、車架車間線路1配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜XP1-1、XP1-2。2）要求配電柜均含總控開關1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。3、車架車間線路2配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜XP2-1、XP2-2、XP2-3；配電箱。2）要求配電柜均含總控開關1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱根據配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，除總開關外所有斷路器均含有漏電保護功能。3）車間照明控制依照配電圖安裝于相應位置。4、車架車間線路3配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電箱。2）要求配電箱根據配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，所有斷路器均含有漏電保護功能。5、配線要求1）總配電柜采用1000A斷路器總開關，1個400A塑殼斷路器，2個250A塑殼斷路器2）分線配電箱內部采用總開關250A塑殼斷路器，三相均采用100A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器，備用斷路器采用100A塑殼斷路器3）配電箱內部采用總開關250A塑殼斷路器，三相均采用60A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器4）線路2主線采用BV95銅線，零線和地線采用BV50銅線。線路1和線路3主線采用BV50銅線零線和地線采用BV25銅線。5)配電柜支線采用BV25銅線，零線、地線采用10銅線。6)配電箱支線采用BV16銅線，零線、地線采用6銅線7）照明主線采用BV6銅線，燈線采用2.5銅線。6、材料明細名稱規格單位數量備注配電柜XL-21含配套件件1B類分線配電柜H1200*W600*D400件2內含10個塑殼式斷路器D類配電箱600×400件53相/1+2相/2E類配電箱600×400件163相/2+2相/1銅線BV952米約500內含接線鼻等輔材銅線BV502米約800銅線BV252米約500銅線BV162米約400銅線BV102米約100銅線BV62米約1500銅線BV2.52米約500線路橋架-套605號槽鋼焊接，含瓷瓶照明配電箱400×200套4含控制系統工廠罩燈100W套56含燈罩、線管其他輔材---(三)總裝車間配電要求1、總配電柜部分安裝1）在指定位置安裝XL-21配電柜（ZP）1臺。2)該配電柜采用三相五線制，其中零線、底線由獨立接線銅排。配電柜要求含總控開關（塑殼斷路器）1只、車間線路控制開關3只、空壓機控制開關1只、備用三相斷路器2只。3）柜對應斷路器三相五線制電纜連接分別至車間三條線路分配控制部分。2、車架車間線路配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電箱