摘 要：本文詳細(xì)探討了SME測(cè)量系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)中的應(yīng)用，重點(diǎn)描述了其關(guān)鍵組件、校準(zhǔn)流程及工作機(jī)制，突出了系統(tǒng)在測(cè)量精度和自動(dòng)化方面的顯著優(yōu)勢(shì)。面對(duì)運(yùn)行中的挑戰(zhàn)，文章提出了切實(shí)可行的解決方案，包括關(guān)聯(lián)性分析、機(jī)器人軌跡優(yōu)化等，這些策略有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一次下線合格率。文章還介紹了SME全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的上線過程，展示了其在提高生產(chǎn)效率、降低返修成本以及確保產(chǎn)品質(zhì)量方面的實(shí)際效益，證實(shí)了該系統(tǒng)在提升汽車制造工藝中的重要作用。

關(guān)鍵詞：SME測(cè)量系統(tǒng) 白車身生產(chǎn) 運(yùn)行穩(wěn)定性 性能優(yōu)化 自動(dòng)化測(cè)量

1 SME測(cè)量系統(tǒng)介紹

1.1 SME測(cè)量系統(tǒng)概述

SME測(cè)量系統(tǒng)，德文“Spaltmessen mit Mobilen Einheiten”，即“使用移動(dòng)單元進(jìn)行間隙測(cè)量”，旨在自動(dòng)測(cè)量白車身相鄰部件間的尺寸，如翼子板與前門間隙和面差。該系統(tǒng)非接觸測(cè)量，在白車身沿板鏈移動(dòng)時(shí)自動(dòng)完成，測(cè)量裝置安裝在工業(yè)輕型機(jī)器人上，精確定位并同步移動(dòng)至測(cè)量點(diǎn)，左右兩側(cè)各一機(jī)器人同步操作。與固定式測(cè)量單元相比，SME系統(tǒng)集成于單一外殼，便于移動(dòng)和部署。

SME測(cè)量系統(tǒng)的移動(dòng)性特別適用于汽車制造業(yè)，尤其白車身生產(chǎn)，快速適應(yīng)不同生產(chǎn)線，工業(yè)輕型機(jī)器人的靈活性使其能對(duì)復(fù)雜汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測(cè)量，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

北京奔馳裝焊車間SME測(cè)量系統(tǒng)作為生產(chǎn)流程的關(guān)鍵部分，精準(zhǔn)監(jiān)控白車身尺寸，為質(zhì)量控制與工藝決策提供數(shù)據(jù)支撐。其及時(shí)反饋機(jī)制不僅提升了生產(chǎn)靈活性，還強(qiáng)化了產(chǎn)品質(zhì)量管理。此外，SME測(cè)量系統(tǒng)記錄的詳盡數(shù)據(jù)為工程師深入分析和優(yōu)化工藝提供了寶貴資源，增強(qiáng)了生產(chǎn)線對(duì)變化的快速響應(yīng)能力和整體系統(tǒng)的適應(yīng)性。SME測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作也有助于降低后續(xù)總裝車間的下線返修，在為總裝車間提供穩(wěn)定可靠的車身方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

1.2 SME測(cè)量系統(tǒng)組成及關(guān)鍵部件

該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)關(guān)鍵部件組成。

1.2.1 2D/3D輪廓傳感器

輪廓傳感器（分別發(fā)射紅光和藍(lán)光），測(cè)量原理是激光三角測(cè)量法，實(shí)際用于測(cè)量白車身尺寸的設(shè)備。

1.2.2 工業(yè)輕型機(jī)器人

用于定位和移動(dòng)測(cè)量裝置，一個(gè)機(jī)器人上配備2個(gè)輪廓傳感器。將傳感器引導(dǎo)至車身的不同部位進(jìn)行掃描。

1.2.3 Protics 6D位姿估計(jì)系統(tǒng)

由于6D位姿估計(jì)系統(tǒng)依賴于基于圖像的邊緣重疊算法來估計(jì)白車身位置，因此相機(jī)是系統(tǒng)中最重要的部分。我們使用IDS Imaging的UI-3000SE-C-HQ，分辨率為4104×3006像素。通過Protics相機(jī)拍照計(jì)算得到白車身的具體位置（x， y， z， A， B， C），并將白車身的位置與標(biāo)準(zhǔn)車身進(jìn)行對(duì)比后得到偏移量，告知機(jī)器人當(dāng)前車身相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車身的具體位置。6D位姿估計(jì)系統(tǒng)是SME系統(tǒng)的核心，它通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車的位置變化，指導(dǎo)機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)，確保測(cè)量裝置能夠準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)。這一系統(tǒng)對(duì)于處理板鏈上白車身位置的不一致性至關(guān)重要。

1.2.4 軟件

Best fit visu/audit/history 是VMT測(cè)量軟件，Sunrise Workbench 是機(jī)器人調(diào)試軟件。

1.2.5 安全掃描儀

SME系統(tǒng)中的安全掃描儀能夠在檢測(cè)到障礙物或人員時(shí)立即停止機(jī)器人操作，從而保障人員和設(shè)備的安全。

1.3 SME測(cè)量系統(tǒng)的前期校準(zhǔn)

校準(zhǔn)是確保SME測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。由于車身尺寸偏差或板鏈不穩(wěn)定等因素，白車身在運(yùn)送到SME工位時(shí)位置不一。為避免碰撞，項(xiàng)目調(diào)試階段需設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)車身（Golden Car）作為參考（如圖中紅色車所示），以便每輛白車身與之對(duì)照。將標(biāo)準(zhǔn)車身置于虛擬觸發(fā)位，系統(tǒng)可學(xué)習(xí)并記憶其測(cè)量點(diǎn)位置，為后續(xù)測(cè)量提供準(zhǔn)確參考。校準(zhǔn)后，SME站點(diǎn)能用6自由度跟蹤算法支持該車型的任何白車身。

1.4 SME測(cè)量系統(tǒng)的工作流程

SME測(cè)量系統(tǒng)的工作流程通常包括以下幾個(gè)步驟。

（1）系統(tǒng)初始化：打開光源，系統(tǒng)啟動(dòng)。

（2）白車身姿態(tài)糾正：白車身依次經(jīng)過光觸發(fā)位、第一個(gè)擬合位和虛擬觸發(fā)位，在虛擬觸發(fā)位得到機(jī)器人偏移量。

（3）數(shù)據(jù)采集：白車身兩側(cè)的機(jī)器人各自攜帶傳感器移動(dòng)到測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的掃描位置，傳感器開始工作，掃描車身表面并開始采集數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)處理：收集到的數(shù)據(jù)被傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，進(jìn)行分析和處理后得到測(cè)量結(jié)果。

（5）數(shù)據(jù)上傳：SME測(cè)量系統(tǒng)將每輛車的數(shù)據(jù)上傳至公司內(nèi)部數(shù)據(jù)軟件PLUS和IQ-VIS。

（6）反饋與調(diào)整：根據(jù)測(cè)量報(bào)告，相關(guān)人員對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的調(diào)整，確保車身尺寸合格及穩(wěn)定。

在SME測(cè)量系統(tǒng)中，白車身在板鏈帶動(dòng)下前進(jìn)，經(jīng)過兩個(gè)關(guān)鍵觸發(fā)位：光觸發(fā)位（Light Trigger）和虛擬觸發(fā)位（Virtual Trigger）。當(dāng)白車身到達(dá)光觸發(fā)位時(shí)，PLC會(huì)發(fā)送車型信息，系統(tǒng)隨即加載對(duì)應(yīng)3D模型，并啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器記錄距離。此后，白車身進(jìn)入“第一個(gè)擬合位置”（First Fit），Protics相機(jī)開始連續(xù)拍照，跟蹤其位置，以便算法精確計(jì)算白車身在虛擬觸發(fā)位時(shí)的偏移量。最終，白車身經(jīng)過虛擬觸發(fā)位，系統(tǒng)確定偏移量并發(fā)送給機(jī)器人，使其調(diào)整姿勢(shì)，確保傳感器能以正確的測(cè)量位測(cè)量白車身尺寸。

1.5 SME測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

SME測(cè)量系統(tǒng)在裝焊車間中具有不可替代的重要性，其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)包括以下內(nèi)容。

（1）技術(shù)創(chuàng)新：采用6D位姿估計(jì)系統(tǒng)，能精準(zhǔn)定位白車身并調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，提高測(cè)量精度和可靠性。

（2）高度自動(dòng)化測(cè)量：實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，靈活調(diào)整測(cè)量點(diǎn)，提升作業(yè)速度，減少人為干預(yù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)一致性和測(cè)量可靠性。

（3）精確控制與實(shí)時(shí)反饋：確保裝配精度，提升白車身外觀質(zhì)量，實(shí)時(shí)反饋功能使生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)能迅速響應(yīng)尺寸偏差，優(yōu)化生產(chǎn)流程。

（4）數(shù)據(jù)記錄與成本效益：詳細(xì)記錄每輛車的測(cè)量數(shù)據(jù)，支撐即時(shí)質(zhì)量控制和長(zhǎng)期工藝改進(jìn)，減少返修和報(bào)廢，降低生產(chǎn)成本。

（5）安全保障：配備安全掃描儀，及時(shí)停止操作，保障生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全。

綜上所述，SME測(cè)量系統(tǒng)憑借技術(shù)創(chuàng)新、自動(dòng)化、高精度控制、實(shí)時(shí)反饋、詳盡數(shù)據(jù)記錄、成本效益分析和安全保障，在裝焊車間中成為確保外飾面尺寸交付的關(guān)鍵步驟。

2 SME測(cè)量系統(tǒng)性能優(yōu)化及一次下線合格率提升

2.1 Correlation

由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度對(duì)系統(tǒng)性能有直接影響，使用內(nèi)部軟件IQ-VIS進(jìn)行CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與SME定期與進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比校準(zhǔn)（Correlation）成為提高精度的關(guān)鍵步驟（如下圖3所示）。每次做Correlation的時(shí)候的車數(shù)需要在5輛車以上，周期一般為一個(gè)季度1次。需要針對(duì)比對(duì)結(jié)果為SME偏差較大的測(cè)量點(diǎn)添加補(bǔ)償值，以確保SME測(cè)量的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，確保不同車型的SME測(cè)量點(diǎn)位置和參照基準(zhǔn)與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)保持一致，對(duì)于維護(hù)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

2.2 機(jī)器人軌跡優(yōu)化

在機(jī)器人軌跡優(yōu)化方面，主要目的是通過調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑來減少碰撞風(fēng)險(xiǎn)和降低丟點(diǎn)率，從而提高測(cè)量精度。機(jī)器人軌跡優(yōu)化單點(diǎn)一般需要1h左右，需要2～5輛白車身。主要步驟可以分為三步：第一步，找到要調(diào)試的測(cè)量點(diǎn)的板鏈值，使白車身在該點(diǎn)設(shè)定的板鏈值附近停止前進(jìn)；第二步，使用工具坐標(biāo)（PTP）將機(jī)器人搖到測(cè)量位置，根據(jù)圖像調(diào)整機(jī)器人的位置并Touch；第三步，過車驗(yàn)證，觀察軌跡優(yōu)化是否有效（圖4）。

為了更好的監(jiān)控SME丟點(diǎn)情況，工程師通過數(shù)據(jù)可視化圖表對(duì)每種車型每日的丟點(diǎn)情況進(jìn)行日常管理與監(jiān)控，數(shù)據(jù)來源于內(nèi)部軟件IQ-VIS。MFA BS 三種車型的SME丟點(diǎn)率均可穩(wěn)定控制在2%以下，通過對(duì)MFA BS三種車型的軌跡進(jìn)行精確控制，已經(jīng)顯著減少了測(cè)量丟點(diǎn)現(xiàn)象，證明了軌跡優(yōu)化措施的有效性。

2.3 調(diào)整手法改進(jìn)

在操作人員的調(diào)整手法改進(jìn)方面，通過優(yōu)化調(diào)整流程和減少人為誤差來提升系統(tǒng)的整體性能。提高操作效率和精確性是改進(jìn)調(diào)整手法的關(guān)鍵目標(biāo)。舉例而言，在白車身生產(chǎn)中，針對(duì)1-7-3測(cè)量點(diǎn)的案例分析顯示，出現(xiàn)的超差情況是因兩側(cè)加工人員調(diào)整手法略有差異所致。通過溝通，雙方一致將1-7-3點(diǎn)的面差控制在+0.5 ±1的公差帶內(nèi)。盡管這個(gè)要求有些苛刻，但依舊要根據(jù)要求進(jìn)行生產(chǎn)，后續(xù)也從結(jié)果可以看出調(diào)整后，該測(cè)量點(diǎn)的穩(wěn)定性得到顯著提升（圖5）。

此外，面對(duì)批量性問題，工段會(huì)及時(shí)組織加工人員進(jìn)行單點(diǎn)課程培訓(xùn)，以改進(jìn)調(diào)整手法并消除問題。這種主動(dòng)的問題原因分析和手法改進(jìn)是確保所有測(cè)量點(diǎn)均控制在規(guī)定公差范圍內(nèi)，從而保障整車質(zhì)量交付的關(guān)鍵。通過這種方法，我們不僅解決了即時(shí)問題，還提升了生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)對(duì)質(zhì)量控制的長(zhǎng)期能力。

2.4 公差帶優(yōu)化

為適應(yīng)生產(chǎn)需求和滿足總裝及客戶的特定需求，SME測(cè)量系統(tǒng)在公差帶優(yōu)化方面采取了靈活調(diào)整策略。以總裝前端區(qū)域?yàn)槔?，H247和H243車型該區(qū)域尺寸受撐桿和前杠裝配的影響，需要特別關(guān)注。針對(duì)兩種車型的這一共性問題，我們重新評(píng)估并調(diào)整預(yù)調(diào)值，將右側(cè)機(jī)蓋翼子板配合處7-8-2測(cè)量點(diǎn)的平順度公差帶從0±1調(diào)整為－1±1，我們利用偏置公差帶來優(yōu)化尺寸控制，最大限度地確保了白車身的尺寸精度。此項(xiàng)調(diào)整不僅減少了總裝車間的問題頻次，還顯著降低了返修量，從而提升了整體的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

要提高一次下線合格率基本必須有這些動(dòng)作，綜合這些措施，旨在提升SME測(cè)量系統(tǒng)的整體性能和可靠性，確保生產(chǎn)過程的高效和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

3 SME全自動(dòng)測(cè)量上線

3.1 上線背景

在全新一代梅賽德斯奔馳MMA平臺(tái)各車型融入過程中，SME全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的順利上線及穩(wěn)定運(yùn)行是重點(diǎn)工作內(nèi)容之一，對(duì)MMA項(xiàng)目的順利實(shí)施意義重大。

在上線之前，需要對(duì)MFA裝焊車間的測(cè)量設(shè)備背景及相關(guān)問題進(jìn)行了解。

3.2 SME調(diào)試過程

針對(duì)MMA項(xiàng)目中的第一款CLA車型，SME測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試過程如圖6所示，一般需要2個(gè)月左右的時(shí)間。主要包括VMT軟件配置、Protics相機(jī)參數(shù)配置及調(diào)試、機(jī)器人測(cè)base、機(jī)器人程序優(yōu)化、MFU測(cè)試等主要步驟。

在這個(gè)過程中有幾個(gè)需要注意的點(diǎn)，首先是需要保證Protics相機(jī)拍照穩(wěn)定性，這樣才能確保之后測(cè)試時(shí)每輛車身的位置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；其次是，機(jī)器人測(cè)base后，得到了機(jī)器人的位置和車（golden car）的位置會(huì)傳給Protics相機(jī)；最后，MFU測(cè)試，即使用1輛車連續(xù)過車25次來驗(yàn)證設(shè)備穩(wěn)定性。

4 效益提升及推廣

SME全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在MMA項(xiàng)目中的應(yīng)用，顯著提高了裝焊車間的生產(chǎn)效率，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括以下內(nèi)容。

（1）快速精確測(cè)量：系統(tǒng)能在不停線的情況下迅速完成白車身尺寸測(cè)量，保障生產(chǎn)連續(xù)性，降低人為錯(cuò)誤。

（2）顯著成本節(jié)約：通過減少返修次數(shù)，SME系統(tǒng)全年可節(jié)省總裝下線返修成本，降低物料消耗與設(shè)備折舊等間接成本。以北京奔馳MFA總裝車間為例，全年總裝節(jié)省的下線返修時(shí)間約為：0.3（小時(shí)/天）×22（天/月）×12（月）=79.2小時(shí)，單車節(jié)省總裝下線返修成本約為：?jiǎn)诬嚪敌迺r(shí)間5/60（小時(shí)）×單月產(chǎn)量7500（輛）×12（月）×單人每小時(shí)工時(shí)費(fèi)48（元）= 36萬元。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量提升：（a）VOCA尺寸類質(zhì)量顯著提高，問題數(shù)量減少，2024年VOCA尺寸類質(zhì)量表現(xiàn)較2023年上半年整體問題數(shù)量下降了40%。（b）總裝FTC指標(biāo)提高，2024年上半年總裝FTC指標(biāo)基本穩(wěn)定在98%以上，而2023年上半年在96%左右；總裝FTQ數(shù)量持續(xù)降低，2024年上半年基本穩(wěn)定在4左右，而2023年上半年在6到7左右。

這些優(yōu)勢(shì)不僅優(yōu)化了裝焊車間的測(cè)量流程，還為總裝車間提供了高質(zhì)量的車身，減少了返修，提高了整個(gè)汽車制造流程的效率和質(zhì)量。SME系統(tǒng)的成功上線為MMA平臺(tái)其他車型提供了可借鑒的案例，展現(xiàn)了其在汽車制造工藝中推廣應(yīng)用的潛力。

5 結(jié)語

本文全面評(píng)估了SME測(cè)量系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)中的應(yīng)用及其對(duì)生產(chǎn)流程穩(wěn)定性和效率的積極影響。得出以下結(jié)論。

（1）通過深入分析SME系統(tǒng)的組成、校準(zhǔn)流程和工作機(jī)制，揭示了該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量和自動(dòng)化操作方面的核心優(yōu)勢(shì)。

（2）實(shí)施的策略如機(jī)器人軌跡優(yōu)化等顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低了返修成本。

（3）詳細(xì)介紹了SME全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的上線過程，包括項(xiàng)目背景、調(diào)試過程，其在提高生產(chǎn)效率、降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量方面具有顯著貢獻(xiàn)。

（4）SME測(cè)量系統(tǒng)具備應(yīng)用推廣的能力，未來其他類似的測(cè)量系統(tǒng)如SMU也可借鑒SME的相關(guān)調(diào)試及測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。

未來，我們將進(jìn)一步探索基于SME系統(tǒng)在更加多樣化生產(chǎn)場(chǎng)景下的應(yīng)用，以推動(dòng)汽車制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和質(zhì)量提升。

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