張 云

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，長沙 410208）

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的交通工具選擇越來越多樣化，如汽車、火車以及飛機等，其中汽車獲得了廣泛應(yīng)用。汽車車身的測量與數(shù)據(jù)分析有助于買賣雙方了解汽車，掌握汽車的數(shù)據(jù)，根據(jù)汽車車身的數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計[1]，因此采集與分析汽車車身的測量數(shù)據(jù)十分必要?，F(xiàn)代社會正處于大數(shù)據(jù)時代，采集汽車的車身數(shù)據(jù)并納入數(shù)據(jù)庫，有助于建立完整的數(shù)據(jù)體系，完善汽車制造中的參考因素，有助于準確判斷汽車制作是否符合規(guī)定要求和是否能被大眾所接受。

1 三坐標測量方法概述

所謂三坐標測量方法，是借助三坐標測量設(shè)備進行測量的方法。三坐標設(shè)備指在一定的空間范圍內(nèi)，能夠測量物體的幾何形狀、長度、圓周分度等特征的設(shè)備，具備對空間物體的測量能力。三坐標測量儀攜帶便捷，可以隨測量物體進行移動，在使用過程中具有靈活性。圖1和圖2為兩種常見的三坐標測量儀。

圖1 三坐標測量儀示例一

圖2 三坐標測量儀示例二

1.1 借助三坐標測量臂的測量原理

三坐標測量臂又被稱之為便攜式三坐標測量臂。該儀器由類似手臂的測量機和用于傳輸測量數(shù)據(jù)的下位機兩部分組成。在測量車身或者其他物體時，需要在測量機的關(guān)節(jié)和臂身處分別設(shè)置傳感器，然后將傳感器測量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C的硬件中，再通過通信總線傳輸?shù)接嬎愣?。在通信部分，三坐標測量臂通過RS-485總線與智能傳感器單元相連接。RS-485總線采用差分的通信方式，相比于RS-232更加可靠，并且傳輸距離遠。在測量一些大型部件時，距離可以不作為重點考慮的問題。在數(shù)據(jù)的顯示端，通過處理器的初步計算將所得到的數(shù)據(jù)進行顯示、存儲與分析，然后由無線方式或者有線方式連接單片機或者計算機，進而實現(xiàn)車身數(shù)據(jù)的采集與保存，同時可利用計算機進行數(shù)據(jù)處理與分析。

1.2 借助光電CCD式的測量儀原理

光電電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）是一種新型的光電轉(zhuǎn)化器件，能夠存儲光產(chǎn)生的信號電荷[2]。當對其施加特定序列的脈沖時，存儲的信號電荷可以在CCD中作定向傳輸，從而實現(xiàn)自掃描。傳感器組件（由相機、安裝座及三腳架組成）、探測系統(tǒng)（由測量光筆、探針組無線通信裝置組成）、PC、上位機軟件及電纜共同組成了光電CCD式便攜測量儀。該光電CCD式的測量儀基于精確的數(shù)字攝影技術(shù)，在光筆上鑲嵌著多個紅外線發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）。CCD可以測量這些發(fā)光二極管的三維坐標，從而獲得光筆在空間的位置和姿態(tài)（六維參數(shù)）。探針與光筆連接，將二者精確校準后，明確探針與光筆的位置關(guān)系。此時，光電CCD式的測量儀系統(tǒng)可以根據(jù)探針與光筆的位置信息精確計算出探測點的三維坐標[3]。

2 汽車車身的三坐標測量及分析

2.1 汽車車身三坐標測量的測量步驟

三坐標測量儀根據(jù)不同的型號可以測量不同的物體，其在功能上有所差異。通常，三坐標測量儀的測量功能有物體的尺寸、定位、幾何精度及輪廓精度等。按照測量儀對應(yīng)的操作步驟，可以對物體開展測量，測量步驟大體如下。

步驟1：完成準備工作。根據(jù)項目與測量對象的要求，明確項目中要求的測量物體，并抽取CAD，導成IGEs（或STEP等）格式輸出。例如：在對汽車車身進行測量時，要對車身的測量做好準備。

步驟2：建立坐標系。安裝好三坐標測量儀設(shè)備，建立汽車車身對應(yīng)的坐標系，使設(shè)備坐標與汽車車身的坐標統(tǒng)一。

步驟3：開展實際測量。導入CAD，開始對測量元素進行測量比對，經(jīng)過分析并調(diào)試使之符合要求。

步驟4：完成測量報告。根據(jù)測量調(diào)試結(jié)果，相關(guān)人員分析數(shù)據(jù)，整理測量數(shù)據(jù)后做測量報告。

步驟5：檢查數(shù)據(jù)是否準確。若發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)有誤或者有仍需要測量的地方，可以進行重復性測量，以保證測量的質(zhì)量與數(shù)據(jù)的準確性。

2.2 汽車車身三坐標測量方法

在掌握三坐標測量儀的使用后，需要提前明確如何測量車身、測量時需要測量的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)樣本如何分析等。由于生產(chǎn)線速的限制，經(jīng)過經(jīng)驗統(tǒng)計得出，一般4臺機器人在一個生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)，可測40～80個點。然而，一輛整車的關(guān)鍵點一般在200個左右，因此需要思考如何在有限的時間內(nèi)測量更多的點，使得車身測量效率最大化。

2.3 汽車車身三坐標測量結(jié)果分析

2.3.1 測量誤差分析

在對數(shù)據(jù)的測量過程中，由于各個方面的影響，得出的數(shù)據(jù)與理論實際值總是存在誤差。通過實際數(shù)據(jù)可以看出，每一次測量得到的結(jié)果是不同的。測量數(shù)據(jù)的誤差主要受到人為因素、儀器誤差等因素的影響。

人為因素是指在測量過程中每個操作員工對設(shè)備運用的熟練程度不同，一定程度上影響了對汽車車身的測量結(jié)果。即使同一個工人測量相同的對象，在多次測量過程中，所測量的結(jié)果也會存在誤差。人為誤差在原理上不可能完全消除，只能在測量過程中盡可能減少。在進行汽車車身的三坐標測量前，工作人員需要進行崗前培訓，掌握測量和使用測量儀的要點，從而保障人員測量導致的誤差處于可控的范圍，進而降到最低或者可以忽略。

儀器誤差是由儀器制造工藝造成的，在出廠前已經(jīng)存在。標準往往因被測物體的不同而不同，并未有統(tǒng)一的規(guī)范，因此大部分工廠需根據(jù)自身的經(jīng)驗選擇測量設(shè)備。大多數(shù)工廠用測量設(shè)備檢測工件時，均是按照圖樣上標注的極限尺寸作驗收極限。對于汽車車身檢測設(shè)備的選擇，可以結(jié)合設(shè)備的測量空間、設(shè)備型號、制造廠家等購買。購買的設(shè)備不同，設(shè)計測量中的數(shù)據(jù)也是有差異的[4]。

2.3.2 測量過程分析

在三坐標測量儀的使用過程中，測量儀的數(shù)據(jù)采集與傳輸都需要以電力為基礎(chǔ)。如果在工作中出現(xiàn)電源供電中斷或者數(shù)據(jù)傳輸不連續(xù)的情況，將影響最終上位機的數(shù)據(jù)采集[5]。通常，三坐標測量的步驟可以分為3大階段。第1階段，建立坐標系，調(diào)整拼臺直線度（反應(yīng)線基準與實際線對理想線所允許的最大變動量）與水平度、側(cè)框垂直度與平行度。這些指標合格后，方可進行第2階段。第2階段，輸入?yún)?shù)。在第1階段的基礎(chǔ)上，輸入汽車車身CAD進行車身監(jiān)測，調(diào)整合格后進入第3階段。第3階段，數(shù)據(jù)測量與記錄，分析數(shù)據(jù)作報告。在實際的車身測量中，每個階段都有一定的判斷條件，要根據(jù)實際情況作出具體分析。

3 結(jié)語

汽車車身測量結(jié)果可檢驗產(chǎn)品是否符合設(shè)計要求，是控制汽車加工和裝配的質(zhì)量保證。通過介紹汽車車身三坐標測量，闡述了三坐標測量的具體過程，對可能造成的誤差提出避免措施，完善汽車車身設(shè)計和制造過程，以保證汽車制造質(zhì)量，提高汽車車身合格率。