API第三代激光跟蹤儀 TrackerIII

激光跟蹤儀的一個(gè)典型應(yīng)用是用于焊裝車間工裝夾具的裝調(diào)饵沧。車身焊裝是整個(gè)汽車制造中最重要的環(huán)節(jié)之一，焊裝質(zhì)量的優(yōu)劣不但關(guān)乎后續(xù)總裝能否正常進(jìn)行赌躺，對(duì)轎車來(lái)說(shuō)更有可能影響到整個(gè)車身的強(qiáng)度和安全性狼牺。而焊裝質(zhì)量又直接取決于焊裝夾具的定位精度羡儿。在過(guò)去，汽車生產(chǎn)線上工裝夾具的最初安裝定位是钥，一般是先制造一部樣車姥购，樣車精度通過(guò)固定式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)來(lái)保證，然后將樣車放置在工位上幅类，調(diào)整夾頭位置使各個(gè)工作面和樣車貼合好概给，實(shí)際上這部樣車起到了測(cè)量中傳遞樣棒的作用。通過(guò)樣車調(diào)節(jié)好各個(gè)夾頭位置后姨桩，再用關(guān)節(jié)臂這類精度級(jí)別相對(duì)較低的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)跛庶。

圖2 激光跟蹤儀輔助裝調(diào)焊裝夾具

關(guān)節(jié)臂由于測(cè)量范圍很小，不可能在一個(gè)測(cè)量站位中測(cè)量到車身原始定位基準(zhǔn)一孔一槽三個(gè)定位面戚促，所以最初的坐標(biāo)系往往需要通過(guò)一到兩次移站來(lái)建立质凰，這樣關(guān)節(jié)臂所建的基準(zhǔn)坐標(biāo)系中必然包含移站誤差，這直接限制了復(fù)測(cè)的精度級(jí)別睡誉，無(wú)法保證大范圍內(nèi)的相對(duì)位置精度畏琢。另外，眾所周知遗秩，關(guān)節(jié)臂由于其原理上的局限性伐怀，實(shí)際使用壽命是相當(dāng)短的，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用绎狭，甚至是設(shè)備閑置后细溅，關(guān)節(jié)部位軸承的磨損以及臂身的變形都會(huì)導(dǎo)致精度嚴(yán)重下降，而且這種精度下降是不可補(bǔ)償?shù)睦芩弧Ｒ驗(yàn)樯鲜鲈蚶模秆b夾具的定位精度實(shí)質(zhì)上極大的依賴于樣車精度，但樣車作為樣棒使用最致命的缺點(diǎn)是容易變形蹦狂，樣車本身只是一個(gè)精度級(jí)別較高的白車身誓篱，是一個(gè)殼體零件，雖然經(jīng)過(guò)固定式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)合格凯楔，但是在裝運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)以及后續(xù)裝調(diào)過(guò)程中由于溫度變化窜骄、外力作用等因素發(fā)生變形都是不可預(yù)測(cè)的，這部分誤差將直接變成焊裝夾具的定位誤差摆屯。如果采用激光跟蹤儀邻遏，首先在較大測(cè)量范圍內(nèi)不需要移站，能保證較高精度的基準(zhǔn)坐標(biāo)系（5m內(nèi)精度為±0.025mm）虐骑。有了這個(gè)準(zhǔn)確的基準(zhǔn)坐標(biāo)系准验，導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型后可以直接用車身數(shù)模為比對(duì)基準(zhǔn)來(lái)調(diào)整夾具定位面。因?yàn)閵A具定位面的理論數(shù)模和車身上定位面的理論數(shù)模是重合的，所以無(wú)須為夾具測(cè)量專門創(chuàng)建數(shù)模躏叽。建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系以后徽橄，將靶球放在需要調(diào)節(jié)的夾具定位面（定位銷）上，軟件計(jì)算出靶球中心坐標(biāo)到定位面（定位銷）數(shù)模的投影距離淹佃，根據(jù)靶球半徑作補(bǔ)償計(jì)算得到3D偏差的方向和數(shù)值遂遂，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，觀察并調(diào)節(jié)這個(gè)偏差到公差范圍內(nèi)蚜症。采用這種測(cè)量工藝后融卿，不再依賴樣車精度峡黍，減少了誤差傳遞的中間環(huán)節(jié)慎接，同時(shí)節(jié)省了制造和測(cè)量樣車的成本。優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的居串。關(guān)節(jié)臂雖然從測(cè)量方法和軟件上也能執(zhí)行上述工藝药妄，但是測(cè)量范圍和精度都無(wú)法達(dá)到工藝的要求。激光跟蹤儀本身以其自帶的激光干涉儀作為長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)撰拯，光柵碼盤作為角度標(biāo)準(zhǔn)刀昼，通過(guò)自身的一系列校準(zhǔn)程序，可以在整個(gè)產(chǎn)品壽命周期中始終保持高精度的工作狀態(tài)讼撒。通常浑厚，在固定工作場(chǎng)所使用和存放的API激光跟蹤儀，一般做自校準(zhǔn)的周期可長(zhǎng)達(dá)數(shù)月根盒。而激光跟蹤儀自校準(zhǔn)所花費(fèi)的時(shí)間則不超過(guò)十分鐘钳幅。

API 5D/6D激光干涉儀

API公司不僅是激光跟蹤儀在全球范圍內(nèi)的最初發(fā)明人，而且不斷推出許多新的擴(kuò)展技術(shù)炎滞。傳統(tǒng)的激光跟蹤測(cè)量技術(shù)在汽車行業(yè)遇到的最大挑戰(zhàn)是光線阻斷的問(wèn)題敢艰，而現(xiàn)在這一難題有了兩套行之有效的解決方案，一是絕對(duì)測(cè)距技術(shù)(absolute distance measurement. 縮寫ADM)册赛，一是智能測(cè)頭技術(shù)(Itelliprobe)钠导。
    傳統(tǒng)的激光跟蹤儀因?yàn)椴捎眉す飧缮娴脑頊y(cè)量靶球到跟蹤頭的距離，要求激光頭和靶球之間的光線始終不能被阻斷森瘪，在測(cè)量汽車工裝夾具時(shí)這點(diǎn)往往是很難保證的牡属。API的絕對(duì)測(cè)距(ADM)技術(shù)允許跟蹤過(guò)程中斷光，甚至可以直接把靶球放到目標(biāo)位置扼睬，然后再將跟蹤頭指向靶球進(jìn)行測(cè)量逮栅，這是一種基于紅外光脈沖反射拍頻計(jì)數(shù)的絕對(duì)測(cè)距技術(shù)，其10m內(nèi)精度可以高達(dá)0.02mm芬莫。這項(xiàng)技術(shù)在在線檢測(cè)汽車夾具重復(fù)定位精度方面效果非常好笼万。通常我們把光學(xué)靶安裝在活動(dòng)的夾頭上，每次夾頭到達(dá)工作位置后，軟件驅(qū)動(dòng)跟蹤頭指向光學(xué)靶的理論位置简些，實(shí)際每次夾頭所處的位置都將偏離理論位置蛉增，跟蹤頭將在理論位置周圍以螺旋線軌跡運(yùn)動(dòng)搜索光學(xué)靶，鎖定目標(biāo)后再用絕對(duì)測(cè)距技術(shù)測(cè)出光學(xué)靶到跟蹤頭的距離篱撩，從而計(jì)算出此時(shí)夾頭所處的實(shí)際位置践寄。在軟件的配合下激光跟蹤儀可以在極短時(shí)間（通常只需幾秒鐘）就測(cè)量出多個(gè)夾頭的重復(fù)定位精度，且精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于數(shù)碼相機(jī)的交匯照相測(cè)量技術(shù)缓鞠。
    另外檩渐，API的TrackerIIPlus還支持一種智能測(cè)頭技術(shù)，智能測(cè)頭是一種特殊的光學(xué)靶业抵。底部裝有長(zhǎng)度可達(dá)幾百毫米的測(cè)桿剃拇，光靶設(shè)置在測(cè)頭的頂端。智能測(cè)頭內(nèi)部集成的傳感器厦碎，可以感知智能測(cè)頭相對(duì)于激光光線的姿態(tài)角變化害淤。通過(guò)頂端光學(xué)靶的坐標(biāo)值和姿態(tài)角計(jì)算出底部測(cè)桿尖端的坐標(biāo)值，這樣就可以用測(cè)桿尖端去測(cè)量激光照射不到的工件背面以及較深的孔和槽拓售。智能測(cè)頭的外形如圖3所示窥摄。

圖3 智能測(cè)頭

激光跟蹤儀像所有的三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備一樣，提供了豐富的建坐標(biāo)方式础淤，除了傳統(tǒng)的三點(diǎn)建坐標(biāo)崭放、點(diǎn)線面建坐標(biāo)、多點(diǎn)擬合坐標(biāo)系等方式以外鸽凶，還提供了一種獨(dú)特的復(fù)雜擬合建坐標(biāo)方式币砂，這種建坐標(biāo)方式允許使用工件上的任意曲面、平面吱瘩、定位孔道伟、定位點(diǎn)組合起來(lái)作為建坐標(biāo)的基準(zhǔn)，擬合計(jì)算出工件坐標(biāo)系使碾。

圖4在工件數(shù)模上選擇擬合坐標(biāo)系基準(zhǔn)

如圖4所示蜜徽，首先在導(dǎo)入的工件數(shù)學(xué)模型上選擇適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)面上的表面點(diǎn)（對(duì)應(yīng)工裝上的定位面）和基準(zhǔn)孔中心（對(duì)應(yīng)工裝上的定位銷），然后依次測(cè)量工件上的這些基準(zhǔn)元素位置票摇，得到擬合計(jì)算的結(jié)果拘鞋。如果定位基準(zhǔn)屬于過(guò)定位，通過(guò)分析結(jié)果數(shù)據(jù)共悼，可以知道基準(zhǔn)之間存在哪些沖突驶闰，然后再?zèng)Q定是否應(yīng)該舍棄某些可能存在問(wèn)題的基準(zhǔn)（通過(guò)放棄某些擬合計(jì)算約束條件來(lái)實(shí)現(xiàn)），這種復(fù)雜擬合建坐標(biāo)的功能使得激光跟蹤儀可以代替各種機(jī)械工裝檢具來(lái)檢測(cè)白車身和沖壓件钙瘫。具體方法是阔垢，首先固定好零件，選擇工裝檢具檢測(cè)時(shí)的定位元素（包括定位面和定位銷）作為建坐標(biāo)的參考基準(zhǔn)，這樣擬合得到的工件坐標(biāo)系挨奶，就準(zhǔn)確再現(xiàn)了機(jī)械檢具檢測(cè)時(shí)使用的工件坐標(biāo)系些玖，此時(shí)測(cè)量出的工件偏差和機(jī)械檢具檢測(cè)出的偏差數(shù)據(jù)一致，能準(zhǔn)確反映工件的實(shí)際狀態(tài)粥萍。這就是所謂的“電子工裝”技術(shù)步垢。白車身、焊裝夾具犀挠、檢具的檢測(cè)需要遵循的原則就是易解，建坐標(biāo)的基準(zhǔn)和實(shí)際工件的安裝定位基準(zhǔn)或者工作基準(zhǔn)保持一致，這樣才能最大限度的減小測(cè)量坐標(biāo)系帶來(lái)的誤差燎字。采用這種基于數(shù)學(xué)模型的“電子工裝”技術(shù)腥椒，在節(jié)省下制造機(jī)械工裝的高額成本的同時(shí)也省去了對(duì)這些機(jī)械工裝進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)的人力資源，可以大大提高生產(chǎn)效率轩触。

圖 5 擬合計(jì)算的調(diào)整和計(jì)算結(jié)果

此外寞酿，激光跟蹤儀也可以用于汽車外形設(shè)計(jì)。由藝術(shù)家在木模上雕刻設(shè)計(jì)的新車型脱柱，需要精確的變成計(jì)算機(jī)中的數(shù)學(xué)模型，在以往拉馋，這需要一臺(tái)造價(jià)不菲的高精度大型導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)榨为，而現(xiàn)在一臺(tái)TrackerIIPlus激光跟蹤儀，配合其功能強(qiáng)大的測(cè)量軟件就能完成這套復(fù)雜的逆向工程煌茴，激光跟蹤儀形式多樣的動(dòng)態(tài)掃描工作方式随闺，能夠精確反求出空間自由曲線、曲面的數(shù)學(xué)模型蔓腐，從而大大降低沖壓模具的生產(chǎn)制造成本矩乐，同時(shí)，激光跟蹤儀也可以用于這些沖壓模具和工件的檢測(cè)回论。
　　激光跟蹤儀測(cè)量技術(shù)在我國(guó)的汽車生產(chǎn)在線檢測(cè)領(lǐng)域還是方興未艾恋猜，在汽車制造業(yè)中推廣應(yīng)用有著廣闊的前景。

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