车身焊接测量的新型控制手段

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图1 右车门总成fcm版

三坐标测量系统由于性能稳定、测量精度高、使用方便且易于操作等特点，被广泛用于新产品验证及不合格件的判定工作，为新产品开发及各项质量改进提供了保证。
为适应市场需求，严格控制整车质量，我公司引进国际先进的FARO三坐标测量系统。该测量系统较以往测量仪器有较大优势：测量臂采用航空标准级复合碳素材料制造，硬度高、重量轻且抗弯性好，在结构设计上采用内置式平衡结构保证操作应用自如，空间任意位置无死角，同时，测量臂在空间长度测量精度可达0.018mm，单点精度最高可达0.005mm。本文以车身焊接件右车门总成为例，简要阐述如何利用三坐标测量，真实精确地反映焊接件的尺寸位置偏差。
测量前的准备
1. 三坐标工作原理
三坐标测量系统一般由主机机械系统、测头系统、电气控制硬件系统和数据处理软件系统组成。测量时，将被测物体置于三坐标测量空间中，首先建立坐标系，再以所建坐标系为基准，由测头系统检测从而获得被测物体上各测点的坐标位置，并通过电气控制硬件系统将各测点的空间坐标值传送给数据处理软件系统，经计算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。
2. 测量前准备工作
测量前的准备工作应注意以下几点：
（1）由于测量臂测量半径的限制，测量前严格选择被测物体与三坐标的相对固定位置，保证各待测点在测量半径内，且操作方便。另外，选取被测物体及三坐标主机机械系统固定位置时，保证地面平坦，测量系统固定牢固。
（2）保证三坐标测量系统的通信线路周围无热源以及强电源，从而保证测量系统的通信稳定性。
（3）转换三维数模。利用数模进行检测，数模正确导入测量软件是前提。事实上，由于技术、利益等原因，全世界各大CAD制造商开发的不同的软件和格式均不能直接互读，为解决这一矛盾，国际建立数据交换标准，其中IGES是目前最广泛的接口标准，也是FARO系统所接受的数据交换标准。在NX中打开右车门总成三维数模，再由此导出右车门总成IGES版。
（4）启动软件系统。在电压稳定的情况下，打开三坐标主机机械系统的电源，同时启动数据处理软件系统CAM2 Measure，在该软件启动的同时，开始尝试初始化并建立与主测量设备的通信。如果此设备与计算机的 USB 或串行端口没有连接，或该设备处于关闭状态，则会报告出现错误消息提示。其中应注意Faro Arm是缺省主输入设备。
（5）主测量设备的校准与诊断。每次测量前必须进行测量臂的诊断，保证各关节通信良好。诊断时，接头状态及温度状态条显示全绿时，测量臂关节方才达到最佳状态。
检测方法
1. 检测步骤
从车身焊接件右车门总成测量角度来说，分为以下几步：
（1）选取坐标元素。在此选用迭代法建立坐标系，用FARO Translator将右车门总成数模IGES版转换为fcm格式，并导入测量软件CAM2 Measure（见图1）。根据实际生产中的经验，在右车门总成中，车门越靠近后边缘处偏差越小，且对整车装配质量影响最小，因此在选坐标元素时，首先选择此处点。检测时选用球形探头代替尖探头，并尽可能多选点，且点间距离尽可能大，从而将检测误差降到最低。根据这些选点原则，我们选择下视镜安装孔（点1）、门锁安装孔（点2）、门锁总成挡块安装孔（点3）和右车门下端部工艺孔（点4）作为坐标元素（见图2）。

图2 选点位置示意

（2）建立坐标系。就选择的4点建立坐标系，提取右车门总成三维数模中4个坐标元素的标称值，然后拾取被测焊接件4点。最后将测量值与数模中的标称值迭代，查看几个点的复查特征，经计算后得出4点尺寸、位置均未超出偏差，则该坐标系建立成功。
（3）测量。在测量过程中，点的拾取是关键，注意防止跑点，并注意不同的元素拾取则确认方法不同，以及与数模点的对应，否则可能造成测量结果失真。
2. 测量实施及结果
测量时，对于不同的特征点，选取不同的测量方法，在此次测量中，由于车门总成的构造特点，我们选取的特征点有车门内把手安装孔M_圆002_I、车门内衬层安装孔M_圆001_O和M_矩形槽001、车门限位器安装孔M_圆004_I，特征类型主要有金属薄板矩形槽、金属薄板圆、平面矩形槽及平面圆。在该测量平台上，所有二维特征都是数字化点投影到平面上的实体。在测量特征元素之前，所有数字化点都要被投影到此平面上。具体操作为：
（1）选取平面。选取特征元素所在平面为测量平面，转动测量臂，在选取平面上，拾取3个以上的点，拾取时，各点之间距离应尽可能远，降低测量误差，检查平面拾取是否查处偏差，未超差，保留。
（2）测量金属薄板矩形槽。在软件程序中的测量菜单选取“金属薄板”→“矩形槽”，出现材料厚度对话框，选取“材料补偿”,并根据焊接件选取“材料厚度”；确认后，出现选择平面对话框，再下拉菜单选取“DEFINE”，偏移量为“0”。用测量臂拾取平面，之后依照金属薄板矩形槽的测量方法，在第一个边拾取两点，按顺时针或逆时针方向（但是要依次进行）拾取其余各边上的一个点。需要注意的是，每个边均要求一个确认点，且均分布在金属薄板内。

车门限位器安装孔M_圆004_I 测量数据报告

（3）测量金属薄板圆。金属薄板圆的测量方法与金属薄板矩形槽的测量方法相似，只是测量时，按顺时针或逆时针方向（但是要依次进行）拾取3个以上的点，最后确认一次，也在金属薄板内。
（4）测量平面圆。测量平面圆与测量金属薄板圆相比，没有材料厚度的补偿问题，平面特征元素的选取平面与金属薄板相同，测量方法相同，在确认时可在平面外确认。
（5）测量平面矩形槽。平面矩形与金属薄板矩形槽，不同点除没有材料厚度补偿外，就是确认时在平面外。
依照以上的测量实施方法，对各特征点进行测量，并与数模比较，得出数据报告，对于超出公差范围的数据，需对其产生原因做出合理分析。以其中一组数据为例（见表），表中表示存在偏差，但未超出公差范围，较数模属于合格范围；表示超出公差范围，需对产生原因做出合理分析。从数据报告可看出，车门限位器安装孔M_圆004_I在Y方向有偏差（见图3），但依据中国重型汽车集团公司企业标准，斯达－斯太尔载货汽车驾驶室总成技术条件QZZ11061-97JT-3.3.3.4（标准型驾驶室的外廓尺寸，公差为±3.0000mm），仍属合格范围。

图3 M_圆004_I的位置超差

分析其原因主要包括：焊接件本身尺寸偏差；在点焊时落螺母电焊机操作偏差；电焊机焊接时焊接压力偏大造成，受理变形。另外不排除人为因素，包括运送以及存放过程中的磕碰等。
结语
三坐标测量系统在工厂的投入使用，不仅解决了驾驶室焊接总成空间尺寸无法测量以及焊胎无法定期检测等问题，而且由于该设备测量精度高，性能稳定，使用方便易于操作等特点，被广泛用于新产品验证及不合格件的判定，为新产品开发及各项质量改进提供了保证。

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车身焊接工艺很重呀