苑曉菲

摘? 要：高溫鍛件的自動(dòng)化三維測量檢測技術(shù)是利用工業(yè)機(jī)器人的三維測量設(shè)備從多個(gè)不同角度對(duì)高溫鍛件進(jìn)行測量的，同時(shí)將不同角度測量的數(shù)據(jù)信息歸納到同一個(gè)坐標(biāo)中，形成完整的數(shù)據(jù)，并對(duì)關(guān)鍵尺寸進(jìn)行提取，并且最后進(jìn)行趨勢分析。找到其中存在的問題，并且提出對(duì)應(yīng)有效的解決措施，使關(guān)鍵技術(shù)在汽車前軸高溫鍛件進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，基于實(shí)驗(yàn)證明相關(guān)方法的可行性。

關(guān)鍵詞：汽車前軸;高溫鍛件;自動(dòng)化;三維測量;檢測技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

汽車前軸是汽車的關(guān)鍵組成部分，前軸高溫鍛件通常都是基于多步鍛造一體成型的，因?yàn)橐惑w成型的前軸高溫鍛件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，鍛造過程的精準(zhǔn)程度不好控制。傳統(tǒng)的人工方式精準(zhǔn)檢測只能在鍛件冷卻狀態(tài)下才能夠?qū)嵤?，因?yàn)闊崦浝淇s，在冷卻狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息無法體現(xiàn)熱態(tài)時(shí)候的尺寸，無法為設(shè)計(jì)與創(chuàng)新改進(jìn)提供參考。而在高溫狀態(tài)下對(duì)鍛件精度進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的測量與檢測，能夠快速檢測鍛件的精度，回收超差的零件，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約?；阱懠鹊臋z測結(jié)果，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛造模具可能產(chǎn)生的磨損超差、開裂等問題，以免產(chǎn)生批次不合格的產(chǎn)品，避免帶來損失。在生產(chǎn)過程中能夠?qū)﹀懠木葦?shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，有助于深入了解鍛件制造過程的尺寸變化趨勢，能夠?yàn)楹罄m(xù)優(yōu)化鍛造工藝、鍛模設(shè)計(jì)等奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，促進(jìn)鍛造行業(yè)從自動(dòng)化發(fā)展變?yōu)橹悄芑?/p>

1 高溫鍛件在線自動(dòng)化的三維測量體系和關(guān)鍵技術(shù)

高溫鍛件的在線自動(dòng)化三維測量體系，其主體部分是由工業(yè)機(jī)器人與面結(jié)構(gòu)光三維測量設(shè)備共同組成的。工業(yè)機(jī)器人的作用就是要變化測量位置與姿態(tài)，并且進(jìn)行輔助定位，三維測量設(shè)備在三角測量原理的基礎(chǔ)上獲取待測物表面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。為了能夠消除鍛件熱輻射對(duì)測量設(shè)備產(chǎn)生的影響，確保測量設(shè)備的溫度在工作溫度的范圍內(nèi)，使用半導(dǎo)體冷卻裝置對(duì)測量設(shè)備內(nèi)部溫度進(jìn)行有效管控。

在進(jìn)行測量操作前，根據(jù)備測物體的設(shè)計(jì)模型，劃分出關(guān)鍵的尺寸，并且進(jìn)行視點(diǎn)規(guī)劃。在實(shí)際測量中，用機(jī)器人根據(jù)預(yù)先做好的規(guī)劃路徑進(jìn)行全部視點(diǎn)遍歷，在機(jī)器人到達(dá)某個(gè)視點(diǎn)的時(shí)候，測量裝置會(huì)被觸發(fā)，并且會(huì)向被測量物體投影，左右兩側(cè)的相機(jī)會(huì)同步采集圖像信息，采集圖像操作完成以后，基于去噪、解相等能夠?qū)錅y物體的局部三維數(shù)據(jù)進(jìn)行快速重建，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至下一個(gè)測量視點(diǎn)，測量被測物體其他位置的三維數(shù)據(jù)，并且對(duì)齊已經(jīng)測量的數(shù)據(jù)信息坐標(biāo)，直到測量出整個(gè)物體的三維數(shù)據(jù)信息。

1.1 高溫物體的表面光柵圖像獲取和相機(jī)熱防護(hù)

高溫物體黑體敷設(shè)通常都集中在長波的波段，在可見光的頻段中，輻射通常在紅光區(qū)域，在進(jìn)行光學(xué)測量的時(shí)候，紅色通常會(huì)因?yàn)檩椛涓蓴_，導(dǎo)致光柵投影分辨率降低，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的失真。不但會(huì)干擾城鄉(xiāng)，黑體輻射當(dāng)中的近紅外還會(huì)出現(xiàn)熱效應(yīng)，近紅外輻射聚集在成像元件上，會(huì)導(dǎo)致成像元件的溫度急劇上升，對(duì)測量精準(zhǔn)度產(chǎn)生不良影響。所以，系統(tǒng)中通常會(huì)使用單通道藍(lán)色LED光源的投影儀，工業(yè)灰度相機(jī)以及藍(lán)色帶通過濾光片能夠隔離紅色通道，確?；叶认鄼C(jī)對(duì)投影圖樣的成像，切實(shí)規(guī)避環(huán)境光與被測物體自身可見光輻射產(chǎn)生的影響。黑體輻射當(dāng)中的近紅外成分有非常明顯的熱效應(yīng)，其聚焦在成像元件上會(huì)導(dǎo)致成像元件的溫度急劇上升，對(duì)測量精度產(chǎn)生極為不良的影響，藍(lán)光濾光片只能夠在可見光頻段發(fā)揮頻選作用，卻無法阻隔紅外波段。所以，使用紅外截止片才能夠阻隔紅外頻段?；诖?，能夠切實(shí)抑制黑體輻射對(duì)測量產(chǎn)生的影響，在使用了濾波方式以后，紅熱工件自身放光被全面抑制，也就能夠獲得精準(zhǔn)的表面細(xì)節(jié)了。

1.2 測量視點(diǎn)的自動(dòng)規(guī)劃

基于測量對(duì)象的前軸來講，一體成型的前軸鍛件有很多細(xì)節(jié)特征，在測量過程中一定要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)?？梢詫?duì)被測物體的模型進(jìn)行均勻分區(qū)，把前軸占據(jù)的空間均勻地劃分成4個(gè)區(qū)域，視點(diǎn)生成任務(wù)在不同區(qū)域中單獨(dú)操作。模型分區(qū)的根據(jù)就是被測量物體的類型以及測量方式。針對(duì)各向同性的模型，可使用不同的方式進(jìn)行測量。針對(duì)曲率平坦的模型可使用平面補(bǔ)丁的方式，這些方式的實(shí)際應(yīng)用會(huì)被物體表面形狀影響，對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的前軸鍛件可使用體元法，這樣的方式只需要使用對(duì)應(yīng)的測量設(shè)備，不需要考慮被測物體類型所產(chǎn)生的影響。

基于測量設(shè)備的視場與景深進(jìn)行分區(qū)，所有分區(qū)當(dāng)中依據(jù)視角特征進(jìn)行劃分，遵照所有鍛件特征在模型當(dāng)中的具體方位，能夠有效避免遮擋問題的產(chǎn)生，明確最佳的觀測方向、范圍，也就是通常所說的可行域。

觀察方向穿越了模型視角，就會(huì)被視為是不可見的視角，在驗(yàn)證運(yùn)算當(dāng)中會(huì)首先被排除掉。在明確了觀察方向的范圍之后，基于特征方式和觀察方向的夾角，來判斷成像質(zhì)量的優(yōu)劣，這樣能夠?qū)σ朁c(diǎn)進(jìn)行有效篩選?；诖耍岢隽艘朁c(diǎn)測量質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)，測量質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)是視點(diǎn)測量質(zhì)量具有的度量，其綜合考量候選視點(diǎn)特征中的官學(xué)可視性以及三維數(shù)據(jù)成像的質(zhì)量，而測量質(zhì)量參數(shù)偏高的視點(diǎn)，就會(huì)被當(dāng)成是最終的測量視點(diǎn)。

1.3 無標(biāo)志點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)拼合

在完成視點(diǎn)規(guī)劃工作以后，為了確保所有視點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)都能在一個(gè)坐標(biāo)體系中統(tǒng)一，要明確所有視點(diǎn)至統(tǒng)一坐標(biāo)體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，因?yàn)槠嚽拜S的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要求通過很多個(gè)視角進(jìn)行測量，才能夠得到完整的數(shù)據(jù)信息。

對(duì)于有標(biāo)志點(diǎn)粘貼的標(biāo)準(zhǔn)鍛件進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)采集，獲得這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段建的標(biāo)志點(diǎn)序列。之后使用標(biāo)準(zhǔn)件來替代被測工件，啟用測量程序進(jìn)行測量，測量系統(tǒng)對(duì)所有測量點(diǎn)位上的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并且遵照拓?fù)潢P(guān)系明確其在標(biāo)志點(diǎn)序列當(dāng)中的位置，獲得剛性的轉(zhuǎn)換矩陣，同時(shí)將其記錄在對(duì)應(yīng)的測量點(diǎn)位上。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了能夠驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)的可靠性與可行性，將高溫鍛件自動(dòng)化三維測量技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用與測試。

測量系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先規(guī)劃好的視點(diǎn)，逐漸對(duì)高溫鍛件進(jìn)行測量，驗(yàn)證規(guī)劃視點(diǎn)的覆蓋面特征。用測量獲得的數(shù)據(jù)信息遵照拼合方法來統(tǒng)一坐標(biāo)，之后將CAD模型進(jìn)行對(duì)齊，提取關(guān)鍵尺寸并且進(jìn)行分析。在標(biāo)準(zhǔn)工件方面的測試結(jié)果中，用淺色部分代表設(shè)計(jì)模型，深色部分代表測量數(shù)據(jù)的覆蓋率，由此可以得出，中間部分被夾持裝置所遮擋部分之外，關(guān)鍵特征都能夠被合理覆蓋，覆蓋率超過76%。基于設(shè)計(jì)模型，設(shè)置上下偏差在0 mm～0.03 mm，測量數(shù)據(jù)都會(huì)落在偏差區(qū)間內(nèi)。對(duì)于某一個(gè)鍛件的測量結(jié)果來講，長短耳內(nèi)檔的尺寸稍微超出了標(biāo)準(zhǔn)尺寸的下限，其余的尺寸都在公差控制的范圍內(nèi)。例如在止口臺(tái)直徑與端頭直徑方面，分析批量汽車前軸零件關(guān)鍵尺寸的趨勢，能夠發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)初期因?yàn)槟＞邷囟瘸霈F(xiàn)上升，工件的尺寸變化比較大，伴隨工件生產(chǎn)數(shù)量的增加，模具的溫度逐漸穩(wěn)定下來，工件的生產(chǎn)尺寸也就逐漸趨于穩(wěn)定了。

3 結(jié)語

綜上所述，汽車前軸的高溫鍛件在線測量方式的實(shí)際應(yīng)用，可以有效獲得汽車前軸的三維數(shù)據(jù)，視點(diǎn)規(guī)劃方案可覆蓋前軸的關(guān)鍵尺寸，提出的機(jī)器人重復(fù)性數(shù)據(jù)拼合方式，誤差滿足測量檢測的相關(guān)要求。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來講，確認(rèn)汽車前軸鍛件的關(guān)鍵尺寸，其在汽車前軸鍛件的在線檢測、生產(chǎn)趨勢分析過程中被廣泛應(yīng)用，能夠有效提升汽車前后的生產(chǎn)效果，更能夠?qū)ιa(chǎn)工藝進(jìn)行有效創(chuàng)新與改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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