多关节三坐标测量仪在焊接夹具精度控制中的应用

摘 要：影响车身装焊精度的因素有很多,其中焊接夹具的稳定性是最重要的因素,因而夹具精度测量是保证焊接夹具的使用稳定性的最主要途径.近年来,多关节三坐标的应用大大提高了夹具精度测量的效率和准确度,成为维护夹具精度、改善车身几何精度的重要手段.

关 键 词：车身制造质量精度焊接夹具三坐标测量仪

1.前言：

汽车制造四大工艺中,焊装尤其重要.在白车身的加工制造中,焊接夹具是白车身所有零部件总成的平台,是确保轿车车身焊接总成几何尺寸精度的重要工装,其精度对在其上焊接的车身壳体几何精度有很大的影响.夹具精度测量作为维护夹具精度、改善车身几何精度的重要手段,是保证夹具精度的重要保障.夹具精度测量技术近几年有了很大的发展,东风本田汽车有限公司所采用的是多关节三坐标测量技术,改变了测量效率低、准确度误差大的局面.本文从测量设备、测量软件、测量技术等方面介绍该技术在工作中的应用.

2.车身焊接精度控制思路

汽车生产是大批量的生产,装焊质量的高低直接影响到整车的外观质量和性能、工厂的产量和经济效益.汽车装焊误差产生的原因有很多,涉及到产品设计、焊接夹具、零件、焊接变形和操作过程变形等多个方面.车身制造过程中的主要偏差源在装配过程中耦合、传播和积累形成车身综合误差,如图1.从图示可以看出,影响车身焊接精度主要有三个方面.第一、控制冲压件尺寸误差；第二、保证焊接夹具设计合理、使用稳定；第三、避免焊接变形和规范操作.在产品设计完成后,焊接夹具是保证车身装焊精度的最重要的因素,在焊接夹具设计合理的前提下,保证焊接夹具的使用稳定性则至关重要.

3.焊接夹具精度控制

在日常工作中,如果出现夹具定位元件位置发生偏移、定位元件磨损和夹钳夹紧力不够等现象,将导致零件扭曲变形,引起定位偏差,造成零件间隙位置的变动,最终将导致装配尺寸误差加大和构件受力状态的恶化,直接影响到白车身的精度、质量和安全性.可见保证焊接夹具精度是减少白车身形状尺寸偏差,提高车身制造精度的一个重要的前提.

对焊接夹具的精度控制主要考虑定位元件（定位销、定位面）的精度,定位元件是夹具中最主要的组成元件,它保证着被装配零部件在夹具中的位置,从而保证了被装配的所有零件相互位置的技术要求,有时还直接决定焊接结构的外形.定位元件的精度直接影响着工件的精度,因此,保证定位元件的精度具有十分重要的意义.在日常工作中,保证夹具定位元件的精度的方法主要是定位元件形状精度检测和定位元件位置精度检测,同时运用回归分析,定期更换或调整.（1）定位元件形状精度检测的检测方法是运用游标卡尺和千分尺对定位元件进行测量,进而判定定位元件能否继续使用.（2）定位元件位置精度检测.夹具在使用过程中,定位元件还会发生偏移,汽车焊装夹具定位元件的位置精度要求很高,定位元件的位置精度变化用肉眼和普通测量工具难以检测,必须借助多关节三坐标进行检测.

但是在实际制造过程中,测量整套焊接夹具定位元件位置精度需要的周期较长,而夹具的使用又是非常频繁,定位元件的位置失效随时可能会发生,为防止可能会发生的失效造成大批量的车身精度偏差严重后果,焊接夹具的管理中除了定期测量外,还采用逆向管理方法,对车身精度进行在线重点部位全数检测和离线定期整车检测,根据检测的车身精度的数据分析,反过来管理夹具的精度.

4.VECTORON测量技术的应用

科内所用的VECTORON多关节臂式三坐标测量机（以下简称VECTORON）是便携式三坐标测量机,如图2,它为麻烦的现场测量提供了一条便利的途径,具有高精度、高速度、很好的柔性、很强的数据处理和适应现场环境的能力,在怎么写作现场的前提下,能可靠、高效的满足复杂多变的生产需求尤其是丰富的、不断扩展的软件功能,这一切使其在车身质量控制中发挥了愈来愈大的作用.VECTORON的测头安置非常灵活,和其它光学测量系统比较,它不需要测点的通视条件,因此在一些测点通视条件较差的情况下（隐藏点）,非常有效,例如汽车车身内点的测量等.由于具备了这些特点,VECTORON足以胜任夹具精度的测量,也可用于部品的测量与扫描,还用于冲压车间中检具的扫描和测量.用于生产过程中检测的三坐标测量系统事实上已成为工艺过程的一个组成部分.VECTORON的价值得到了充分的体现.

下面是VECTORON多关节臂式三坐标测量机的一些特点,以及在公司的应用.

4.1工作原理

VECTORON能够测量夹具的空间坐标值,将此坐标值与夹具的理论值进行比较,得出夹具的三维空间坐标的偏差,利用这些偏差值就可以分析、调整夹具,以达到提高车身几何尺寸的目的.便携式三坐标测量机的基本原理是利用测量机探针获取夹具定位元件坐标值,经过计算机的运算和处理,反映被测夹具的真实形状和数值.

VECTORON还具有如下几个特点：一,可从测定位置的任意方向自由、轻巧、迅速地进行探测；二,内置可以适用所有工件的自由安装功能,无需机械性的定芯作业；三,利用大型图标菜单的对话形式操作,操作简单方便,可以避免误操作；四,即使在测定过程中,也可选择、更换符合目的的探头；五,通过安装非接触传感器,可以在无防晕光喷雾的状态下对工件表面进行扫描,获取数据点云.这五个特点使得VECTORON成为关节式坐标测量机中的佼佼者.

4.2软件

VECTORON使用libellaJack软件,它适用于Windows2000/WindowsXP操作系统,用于测量和检查几何形状零件（有数模或无数模零件）,其优越之处在于在接触测定功能的基础上,还具有利用CAD数据进行误差解析功能的非接触测定软件,可以利用CAD数据对测定数据与CAD数据的位置偏差量进行矢量、彩色映像、文本显示.这使得VECTORON大量的应用于新夹具导入的工作中.4.3VECTORON测量技术的应用

{1}关于初始化

确认多关节的各转动部分的是否在正常工作状态.确认多关节所建立的机械坐标是否在0位置,如图3,这是保证三坐标的硬件良好.

{2}关于多关节的测定

多关节对被测物进行测量,需要对希望测量处以外的地方取一点进行补正,这一点叫做空点.这是因为使用[球形测头]进行测量时,被测物和CAD数据的有偏离方向,球的中心才是测量的真正位置,所以要对球的半径补正方向取一空点.

{3}坐标系的生成

在精确的测量工作中,正确地建立坐标系与具有精确的测量机、校验好的测头一样重要,根据测量条件的不同,和误差要求的不同,坐标系的生成方法可以分为两大类：面轴原点设定和3点做成,为使误差达到误差范围以内,可能需要重复几次才能生成合适的坐标系.

{4}在使用过程中要注意应注意的问题：

1VECTORON测量设备测量臂的编码器部分是最容易受损的地方,测量设备精度下降大多和编码器受到强烈的震动有关系.

2测量过程中,轻拿轻放,特别注意测量臂撞到夹具

3测量软件初始化的过程中,要慢慢转动测量臂,小心的转动各个轴.

4多关节在极限姿势时,会发出低声的警告音,这种情况下请转动关节臂调整多关节的位置.警告音发出时不能进行测量.

5坐标系建立时极性的判断

※极性设定

车身坐标系采用右手定则来定义坐标系,食指代表T轴、中指代表B轴、大拇指代表H轴,如图7,T、B、H三个轴所垂直的面相应为T、B、H面,三个面也相互垂直,满足右手定则,依据向量代数和空间几何的知识,可以运用右手定则,根据所需基准轴的正方向,确定生成基准轴的两个面的运算生成基准轴时,先选哪个面、后选哪个面,因为两个面的×乘运算中,顺序不同,得到的基准轴的方向是相反的.

※极性错误的调整方法

a.调整基准面,然后检查极性,若错误,再调整基准轴.

b.调整基准轴

这样就可以减少不必要的工时损耗,提高工作效率,缩短夹具精度的检测时间,更好地保证夹具精度.

5.结束语

在产品设计完成后,焊接夹具是保证车身装焊精度的最重要的因素.对焊接夹具的定位销、定位面的定期检测、更换或调整,可以保证焊接夹具的精度,从而保证整车车身的精度.总之,夹具精度测量是维护夹具精度、改善车身几何精度的重要手段.

车身是汽车的重要组成部分,车身焊接精度决定整车装配效果和性能,并直接关系汽车产品的市场竞争力.近几年,我国汽车工业近发展较快,国内多数企业汽车厂对于车身焊接精度控制基本按以上各方面进行,但总体上,与欧美、日本等国家相比,我们仍有很长的一段距离.希望本文介绍的夹具测量技术及夹具精度控制的思路,能抛砖引玉、给大家以启发,从中可以得到借鉴,在实际的夹具精度控制中得以应用.

[5]邱富深.汽车车身装焊误差产生的原因及控制.城市车辆.2007-10：55-56