陳傳凱

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201208）

0 引言

伴隨著人們生活水平的不斷提高，對于汽車的個性化需求也不斷的加快，導(dǎo)致汽車更新?lián)Q代越來越快，因此，對于汽車制造商來說，越來越多的車型平臺需要共線生產(chǎn)，針對于不同平臺不同車型的共線生產(chǎn)，底板隨行工裝通常采用快速切換的柔性Pallet進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。由于整車尺寸的需求，對于隨機(jī)切換后的柔性Pallet整體需要進(jìn)行尺寸測量和標(biāo)定。通常情況下，隨行工裝的測量采用三坐標(biāo)或人工FARO標(biāo)定，但是，一臺柔性Pallet全尺寸標(biāo)定至少需要三至四小時，對于高節(jié)拍的焊裝生產(chǎn)車間，如果要監(jiān)控整個柔性Pallet尺寸精度狀態(tài)，提高測量標(biāo)定的數(shù)量或頻次，需要投入大量的測量設(shè)備和操作人員，因此，一種快速測量和標(biāo)定方法也就越來越迫切，即基于視覺技術(shù)的柔性Pallet自動在線測量系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。

1 視覺技術(shù)

1.1 機(jī)器視覺的定義

簡而言之，機(jī)器視覺主要是通過機(jī)器圖像攝取裝置對客觀事物進(jìn)行圖像拍攝，然后提取圖像信息，并將該圖像信息傳送至計算機(jī)處理單元，進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)像素分布和亮度等信息，來進(jìn)行尺寸和形狀等識別，最終用于實(shí)際的檢測、測量和控制等。機(jī)器視覺技術(shù)最大的特點(diǎn)是速度快、信息量大和功能多。

1.2 視覺種類

基于視覺技術(shù)的自動在線測量系統(tǒng)是對生產(chǎn)線上產(chǎn)品進(jìn)行100%檢測的非接觸式測量系統(tǒng)。通常分為三種類型：固定式、機(jī)器人式和混合式。對于特殊測量工位，可以采用混合式測量系統(tǒng)（包含固定式和機(jī)器人式）。

1.3 視覺測量系統(tǒng)構(gòu)成

視覺測量系統(tǒng)通常包含光源、鏡頭、CCD照相機(jī)、圖像采集卡、計算機(jī)、監(jiān)視器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等[1]，如圖1所示。視覺測量系統(tǒng)的輸出通常是經(jīng)過處理之后的測量結(jié)果，如尺寸數(shù)據(jù)。上位機(jī)PC和PLC實(shí)時獲得測量結(jié)果后，控制系統(tǒng)的運(yùn)動動作。

圖1 視覺測量系統(tǒng)

2 柔性Pallet

2.1 柔性Pallet結(jié)構(gòu)

對于白車身焊裝車間，為了解決多平臺多車型共線生產(chǎn)，新型的定位底板的隨行工裝通常采用柔性Pallet，本文所指的柔性Pallet是指對于不同車型Pallet的1#和4#定位銷進(jìn)行切換，如圖2所示的柔性Pallet定位底板總成示意圖中的藍(lán)色定位單元。以柔性Pallet的1#定位銷為例簡單介紹柔性Pallet的結(jié)構(gòu)組成，如圖3所示，主要包含：柔性Pallet的底座1；橫梁2：用于安裝底板定位銷缸，同時可以用于不同車型間的整體切換；立柱3，用于支撐定位銷橫梁；夾緊氣缸4，用于固定橫梁；通氣單元5，由公頭和母頭的匹配實(shí)現(xiàn)通氣；橫梁定位銷6，用于定位橫梁；底板定位銷7，用于定位底板總成。

圖2 柔性Pallet底板定位示意圖

圖3 柔性Pallet 1號銷定位示意圖

2.2 柔性Pallet測量點(diǎn)

對于白車身焊裝車間，當(dāng)柔性Pallet橫梁切換后，柔性Pallet的尺寸精度是否滿足要求，對于造車質(zhì)量是至關(guān)重要的，因此，對于柔性Pallet的定位銷位置度監(jiān)控就顯得尤為重要了。

柔性Pallet定位銷測量點(diǎn)為定位銷圓柱面和支撐面，如圖4所示。當(dāng)柔性Pallet到達(dá)測量工位后，通過測量裝置測量柔性Pallet的1#和4#定位銷的有效圓柱面，利用視覺技術(shù)擬合出定位銷的中心坐標(biāo)X和Y值，再通過測量定位銷的支撐面，計算出定位面的Z值，從而達(dá)到檢測柔性Pallet的定位銷的位置度。

圖4 柔性Pallet定位銷測量點(diǎn)

3 在線自動測量系統(tǒng)

對于白車身焊裝車間，通常會存在多平臺多車型的共線生產(chǎn)，因此，對于高節(jié)拍的焊裝車間，柔性Pallet共用的本體就會有上百套，每種車型會有幾十套定位單元的橫梁，如果按著5款車型共線生產(chǎn)，由于排產(chǎn)的不同，導(dǎo)致柔性Pallet本體和定位單元的橫梁就會有上萬種匹配，為了保證白車身總成的尺寸質(zhì)量，因此，對于匹配后柔性Pallet的定位尺寸的控制就顯得尤為重要了，對于隨行工裝的測量通常都是通過傳統(tǒng)的線下測量來監(jiān)控隨行工裝的尺寸狀態(tài)，這種方式一般至少要耗費(fèi)3、4個小時，因此，這種模式不能實(shí)時跟蹤了解當(dāng)前所有Pallet的尺寸狀態(tài)，為了解決這個問題，本文使用視覺技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動在線實(shí)時監(jiān)控測量柔性Pallet的定位單元尺寸狀態(tài)，從而快速高效的保證了柔性Pallet的匹配精度。

3.1 在線自動測量系統(tǒng)構(gòu)成

柔性Pallet自動測量系統(tǒng)包括：柔性Pallet信息讀取器RFID，用于讀取待測量柔性Pallet上TAG的標(biāo)識信息，此信息包含柔性Pallet本體編號和車型定位單元橫梁編號等；視覺測量裝置，通過視覺點(diǎn)云數(shù)據(jù)的測量方法測量柔性Pallet的1#和4#定位銷和定位面的位置和尺寸；控制裝置，其能夠通過根據(jù)安裝在工位上的RFID讀取柔性Pallet上的TAG的標(biāo)識信息和測量裝置所測得的柔性Pallet的定位銷和定位面的位置和尺寸狀態(tài)進(jìn)行匹配與比對，從而根據(jù)柔性Pallet的尺寸狀態(tài)控制柔性Pallet的上線造車或下線維修。

圖5 在線測量系統(tǒng)

柔性Pallet自動測量系統(tǒng)還具有報警功能，用于在柔性Pallet本體和定位單元組裝后尺寸不合格時報警，并將Pallet的Base和橫梁的匹配狀態(tài)記錄存檔，用于在線跟蹤與下線維修。

3.2 在線自動測量控制系統(tǒng)

自動測量控制系統(tǒng)采用ROCKWELL公司的AB Control Logix系列PLC，采用模塊化的設(shè)計思路，實(shí)現(xiàn)對于Vision測量裝置的控制。PLC系統(tǒng)控制軟件編程流程圖如圖6所示。

圖6 PLC控制流程圖

例如，PLC觸發(fā)Vision測量的PLC編程如圖7所示。

圖7 PLC觸發(fā)Vision程序

同理，PLC與Vision的其他交互動作與此類似，均采用模塊化設(shè)計思路。

3.3 在線自動測量系統(tǒng)應(yīng)用

當(dāng)切換后的柔性Pallet A運(yùn)行到自動測量工位時，如圖8所示，測量工位的升降滾床向下落位，柔性Pallet定位機(jī)構(gòu)對柔性Pallet進(jìn)行精確定位，利用測量工位的定位銷定位柔性Pallet的X方向，利用左右滾輪定位柔性Pallet的左右Y方向，利用側(cè)面六個支撐塊定位柔性Pallet的上下Z方向，然后讀碼器讀取柔性Pallet底座TAG信息，視覺測量裝置采集數(shù)據(jù)，然后處理器分析圖像信息，計算出柔性Pallet白車身底板定位銷XYZ三個方向坐標(biāo)及定位銷尺寸，將其與模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對[2]，如圖9在線測量系統(tǒng)流程圖所示，如果切換后的柔性Pallet尺寸精度合格，則柔性Pallet繼續(xù)前進(jìn)，上線正常造車，如果切換后的柔性Pallet尺寸精度超差，則設(shè)備報警，柔性Pallet下線返修，同時，對于采集的圖像信息進(jìn)行輪廓數(shù)據(jù)擬合，并上傳至客戶端控制系統(tǒng)，控制Pallet動作，從而確保了所有切換后的柔性Pallet尺寸的穩(wěn)定性和可靠性。

圖8 在線測量工位

圖9 在線測量系統(tǒng)流程圖

例如，通過本自動在線測量系統(tǒng)監(jiān)控柔性Pallet的尺寸狀態(tài)，能夠?qū)崟r高效的了解切換后的柔性Pallet尺寸偏差狀態(tài)，測量結(jié)果如圖10所示，橫坐標(biāo)：L1代表1#LH，R1代表1#RH，L2代表4#LH，R2代表4#RH，分別代表4個定位銷，每一個定位均有XYZ偏差值，縱坐標(biāo)代表偏差值。1#LH偏差值（0.06，0.09，0.02），1#RH偏差值（0.06，0.08，0.02），4#LH偏差值（0.04，0.07，0.02），1#RH偏差值（0.04，0.09，0.02），通過測量數(shù)據(jù)比對，定位銷位置度的偏差值都小于0.3mm（設(shè)置的最大報警偏差），滿足柔性Pallet尺寸精度要求，因此，柔性Pallet進(jìn)入下一個工位，上線正常造車。

3.4 在線自動測量系統(tǒng)意義

在線自動測量系統(tǒng)除了具有高效的測量功能，還具有尺寸報警功能，防止不合格的柔性Pallet上線，造成尺寸不合格的白車身的總成產(chǎn)生；采用100%的自動在線測量系統(tǒng)，對于柔性Pallet的監(jiān)控更全面更準(zhǔn)確，在線測量替代三坐標(biāo)或FARO測量，解決了其測量能力不足的問題。

圖10 在線測量數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

對于高節(jié)拍高產(chǎn)能多平臺多車型的白車身焊裝車間，柔性Pallet的匹配尺寸對于高質(zhì)量的白車身總成是非常重要的，因此，對于柔性Pallet的質(zhì)量監(jiān)控也是越發(fā)重要。本文通過一種基于視覺技術(shù)的柔性Pallet在線自動測量系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的三坐標(biāo)或人工FARO測量周期長頻次低的問題，視覺在線測量系統(tǒng)既方便快捷，又覆蓋率高，可以實(shí)現(xiàn)100%尺寸測量監(jiān)控，既大大提升了監(jiān)控質(zhì)量和測量效率，又為整個項(xiàng)目節(jié)省了大量的測量設(shè)備和測量人員。