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用于汽车车身测量的三坐标测量机

三坐标测量机:作为支持汽车制造业的主要设备而迈出了重要的一步 车身是每辆汽车必不可少的组成部分,无论是其内部构造还是外部构造,都得到汽车制造厂商的最高度重视。这是因为客户看车身不仅要从审美的角度去看它是否美观,而且还要考虑它的防撞击安全装置、节油情况、舒适程度、低噪音操作、安全感和其它诸多因素。所有这些因素都关系到车身的整体完美度和质量。汽车车身的制造必然涉及到一些大型工件和薄板材料的塑性加工,因此严格保持其各部件尺寸的误差在公差范围内,确保车身质量,是比制造发动机所需要的小型部件更加难以做到的事情。

三丰从很早以前就开始从事专为汽车车身和其模体测量用三坐标测量机的生产和销售活动,其销售量已创下最高历史记录。(见图1)

图1 用于汽车车身测量的三坐标测量机

由于重力影响和三坐标测量机结构的不同,尽管上述三种三坐标测量机均采用相同的制造技术,其精度却有所差别——从卧式、多轴式到立式依次提高。因此,立式三坐标测量机主要用于模具和检查器具等;卧式通常用于由模具而成型的模铸件;多关节式主要用于精度要求不是很高的场所(如加固件和撞击试验等),或用于安装位置需要移动的情况。现在,又将利用激光器的非接触传感器加装在三坐标测量机的顶端,而且非接触传感器可与接触传感器交替使用。由于此装置越来越多地用于测量模具、板件和其它车身部件,因此其销售量也一直呈现向上攀升的趋势。

此外,装配相机方式(视像方式)的计量系统也开始被灵活应用,但从多种角度来看,使用三坐标测量机和各种传感器的测量系统会更为有利。其原因如下。

(1) 非接触传感器的测量结果可随时得到校准,并能够与接触传感器的测量结果进行比较。
(2) 可进行全自动测量,因此能够真正实现无人操作(夜间工作等情况下)。
(3) 可为各工件重复设置传感器角度,只要简单地重复运行程序就可以进行测量。(各工件可使用同样的激光角度,有助于保持较高重复精度。)
(4) 非接触传感器可与接触传感器交替使用,当测量那些非接触传感器难以测量的工件时,就可以换用接触传感器进行测量(如镜面,透明表面或深槽测量等)。
(5) 离线编程系统可进行离线学习和检测离线干扰(见图2)。
图2 离线编程系统
(6) 测量前,无需确定工件定位目标,也无需在工件附近放置目标标识。 测量几何要素时,接触传感器仍广为使用,因为其测量精度高,并且操作人员也比较习惯使用。但随着新型非接触传感器的问世,它们必将更多地逐步用于广泛的测量领域。(见图3。)
图3 加装在CMM上的非接触传感器

我们预计,现在由装配在测量机上的接触传感器完成的测量任务,今后将会越来越多地为非接触传感器所取代。

非接触传感器在稳定性方面有革命性的提高,可获得来自数百万测量点的测量数据。这对于评估多曲面、评估材料厚度或进行逆向分析都是非常实用的。(见图4)非接触传感器已广泛用于整体形状评估,例如评估嵌入操作后模件测量表面的形状变化,或评估树脂部件、冲压部件或铸件的形状(包括与3D CAD数据的对比)。它们还可以用于测量车身部件的虚拟装配演示。

图4 利用非接触传感器进行整体形状评估

使用非接触传感器,可对多个测量点进行快速测量,并可以直观的图形方式显示CAD对比情况。目前市场上有些产品避开三坐标测量机的精度不谈,将非接触传感器与大家所关注的的测量点处理软件作为开发的主要目标。这些产品,仅仅将非接触传感器独立安装在基座上,或将其加装在工业用机器手上。就目前来讲,这样获得的测量精度是远远达不到直接装有接触传感器的三坐标测量机的测量精度(符合相关标准的精度)的。无论是基于基座的系统还是用于工业用机器手的系统,都需要进行点群连接后处理任务。由于短路而引起的点群连接后处理有候补方式和智能方式。然而,由于受诸多因素的影响,大多数的点群连接工作实际上有累积误差产生。这些因素包括与干扰相关的因素,如测量点受到来自工件表面的不规则反射(由不同的定位和不同的测量点厚度引起,这种差异即使在厚度为0的情况下也依然存在。),还有周围空气或透镜色差引起的折射因素。(要确切地说出基于基座的系统与用于工业用机器手的系统在累积误差的程度方面有什么不同是不可能的事情。)此外,实际测量过程中,工件的形状越复杂,非接触传感器的姿势改变的次数和时间也就相对越长,因此,可根据程序自动进行高精度姿势变换的三坐标测量机就处于非常有竞争力的地位。

目前,在如何表示包含非接触传感器精度及其移动装置(三坐标测量机、工业用机器手等)的综合精度的问题上,还没有一个让制造商和用户普遍认同的规格,因此,各制造商都采用自己的精度显示方法。现在,三丰所使用的方法是,通过与具有官方规格的三坐标测量机/接触传感器组合设备的测量结果相对照比较的方法,来显示三坐标测量机/非接触传感器组合设备的精度和规格,也就是所谓的溯源方式。

刊于新闻摘编出版有限公司《最新型汽车制造业导航手册》2004年10月号(仅日文版)