圖1 激光跟蹤儀6D測(cè)量模式
【摘要】本文探討了激光跟蹤儀的使用特點(diǎn)以及近年來(lái)最新發(fā)展的6D測(cè)量技術(shù)，并基于此提出了車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中車(chē)身的檢測(cè)和分析方案，及時(shí)、快速的發(fā)現(xiàn)和解決車(chē)身零件制造，裝配，尺寸分析等問(wèn)題，提高汽車(chē)車(chē)身測(cè)量效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
[Abstract]As a new technology, 6D products of laser tracker are more and more popular in carbody inspection and analysis process, especially in shop floor environment. This article illustrates the theory of this technology and supply solutions to different measurement requirements such as part production, assembly and problem analysis on site, which will highly improve efficiency and quality in car body production.
【關(guān)鍵詞】 6D測(cè)量技術(shù),便攜測(cè)量,點(diǎn)云采集
[Keywords]:6D Metrology Technology, Portable Inspection, Point cloud acquisition
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圖2 T-Probe車(chē)體測(cè)量
1．激光跟蹤儀6D測(cè)量技術(shù)
隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和質(zhì)量控制需求的增多，出現(xiàn)了多種應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量工具，如激光跟蹤儀，關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)，大型掃描儀等。這類(lèi)設(shè)備相對(duì)于傳統(tǒng)三坐標(biāo)而言精度低，測(cè)量過(guò)程需要人手動(dòng)操作，但是可以方便的移動(dòng)到車(chē)間的測(cè)量工件附近，無(wú)需特殊的溫度，濕度，氣源等條件，在車(chē)間環(huán)境中也可以保證測(cè)量精度。因?yàn)槠浔銛y性和方便性，這類(lèi)設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，其中激光跟蹤儀以其適合與汽車(chē)車(chē)身測(cè)量的方便性，量程和精度，在車(chē)身主機(jī)廠、配套廠而得到認(rèn)可，作為三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的補(bǔ)充，越來(lái)越多的出現(xiàn)在車(chē)間的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。
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圖3 T-scan工件表面掃描
傳統(tǒng)的激光跟蹤儀測(cè)量以3D測(cè)量為主，即反射鏡（靶鏡）測(cè)量方式，測(cè)量的數(shù)值為球心坐標(biāo)值X,Y,Z(也可以其他坐標(biāo)系方式顯示)，主要應(yīng)用于航空航天，汽車(chē)中工裝，型架等部件的測(cè)量、安裝和調(diào)整。隨著工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求的增多，除了單一的通過(guò)反射鏡進(jìn)行測(cè)量和跟蹤，使用者更希望將跟蹤儀應(yīng)用到加工工件的測(cè)量中，這類(lèi)工件形狀復(fù)雜，測(cè)量特征分布廣泛，單純依靠跟蹤儀轉(zhuǎn)站和隱藏點(diǎn)輔助測(cè)量工具已經(jīng)很難滿足精度和效率的測(cè)量要求。
在這種情況下，Leica的6D測(cè)量產(chǎn)品—T系列解決方案應(yīng)運(yùn)而生。T系列測(cè)量工具的原理是通過(guò)在跟蹤儀上增加了T-Cam相機(jī)，從而在測(cè)量和跟蹤過(guò)程中，不僅可以監(jiān)控跟蹤目標(biāo)的X,Y,Z(中心值)，同時(shí)還可以提取目標(biāo)的 I,J,K(沿三個(gè)方向的扭轉(zhuǎn))用于代表目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。通過(guò)這種方式，可以得到更多的計(jì)算信息:
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圖4 BMW工廠車(chē)身檢測(cè)
1.1 走動(dòng)式三坐標(biāo)—T-Probe測(cè)頭
通過(guò)在T-Probe測(cè)頭上增加紅寶石探針，既可以像三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一樣完成工件上的接觸測(cè)量，測(cè)量范圍可以達(dá)到直徑50m。既方便的利用了激光跟蹤儀的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力、便攜性能又能夠滿足車(chē)身工件的高精度測(cè)量需求?？蓱?yīng)用于車(chē)身零部件，分總成，匹配等過(guò)程中的檢測(cè)和問(wèn)題診斷。
使用過(guò)程中測(cè)頭無(wú)線連接任何電纜，本身自帶鋰電池，通過(guò)點(diǎn)擊測(cè)量工具上的按鍵可以進(jìn)行測(cè)量，刪除，連續(xù)掃描等功能，將激光跟蹤儀擴(kuò)展成為走動(dòng)式的三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)線、無(wú)臂操作。
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圖5 車(chē)身測(cè)量報(bào)告
1.2 非接觸測(cè)量—T-Scan測(cè)頭
除T-Probe之外，T系列工具還同時(shí)包括可以滿足大尺寸空間掃描需求的T-Scan系統(tǒng)，使用人員可以通過(guò)手持T-scan測(cè)頭，以點(diǎn)云，三角網(wǎng)格，曲面渲染等多種方式反映工件的表面形狀信息，用于曲面形狀比對(duì)分析，尺寸控制，逆向等。
相對(duì)于硬測(cè)頭單點(diǎn)測(cè)量，T-scan測(cè)量效率更高，測(cè)頭每秒可以測(cè)量20000個(gè)點(diǎn)，應(yīng)用于車(chē)身輪廓掃描對(duì)比檢測(cè)，逆向，F(xiàn)lush&Gap分析，腰線測(cè)量等。
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圖6 點(diǎn)云對(duì)比過(guò)程
2. 車(chē)身檢測(cè)中的6D測(cè)量技術(shù)應(yīng)用
2.1 車(chē)身關(guān)鍵特征尺寸測(cè)量
在車(chē)身中有大量的特征點(diǎn)，固定孔，槽，圓柱等特征需要進(jìn)行快速檢測(cè)，特別是對(duì)車(chē)身內(nèi)部的安裝孔位，需要測(cè)量設(shè)備在保證精度的前提下能夠方便的進(jìn)入測(cè)量。 T-Probe無(wú)線，無(wú)臂的特點(diǎn)正滿足了這種需求。T-Probe整個(gè)系統(tǒng)空間測(cè)量精度可以達(dá)到7um/m，通過(guò)不同探針長(zhǎng)度及安裝位置的組合，即可以實(shí)現(xiàn)車(chē)身特征的全尺寸檢測(cè)，并且測(cè)頭操作方式友好，單人就可以完成測(cè)量。
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圖7 車(chē)身零部件掃描對(duì)比及色差分析
2.2 車(chē)身覆蓋件曲面掃描
隨著汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)車(chē)身覆蓋件的曲面輪廓質(zhì)量控制越來(lái)越重要。傳統(tǒng)車(chē)身輪廓檢測(cè)以接觸方式進(jìn)行單點(diǎn)采集或連續(xù)掃描為主，將獲取的單點(diǎn)的坐標(biāo)和理論點(diǎn)坐標(biāo)相比，在車(chē)身表面以抽樣的方式進(jìn)行曲面輪廓對(duì)比。
近年來(lái)，Leica T-Scan激光掃描測(cè)頭以其快速的點(diǎn)云采集得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其主要特點(diǎn)如下：
● 快速的點(diǎn)云采集速度，20000點(diǎn)/秒；
● 工件三維輪廓的實(shí)時(shí)顯示；
● 點(diǎn)數(shù)據(jù)與CAD軟件的通用性；
● 快速直觀的比對(duì)色差輸出；
● 坐標(biāo)系可以根據(jù)測(cè)量需求靈活調(diào)整，指導(dǎo)工件制造過(guò)程；
● 數(shù)據(jù)采集后，可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用分析，具有可追朔性；
● 自適應(yīng)不同顏色，不同反光表面的工件，測(cè)量無(wú)需噴粉。
其一般的檢測(cè)過(guò)程如圖6所示。
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圖7 車(chē)身零部件掃描對(duì)比及色差分析
2.3 車(chē)身配合尺寸分析
在汽車(chē)制造過(guò)程中，除了要保證車(chē)身各零部件，分總成滿足尺寸控制公差外，還要確保經(jīng)過(guò)焊接，鉸鏈，膠合等方式組裝后各部件之間的相互關(guān)系滿足要求，如前蓋和翼子板，車(chē)燈和側(cè)圍，車(chē)門(mén)之間，天窗和車(chē)頂蓋等。這些尺寸控制直接影響車(chē)身的外觀，使用穩(wěn)定性以及功能型要求。在這類(lèi)使用中，可以采用T-Probe（完成關(guān)鍵位置快速測(cè)量）和T-Scan（間隙輪廓全面分析）想結(jié)合的方式完成。
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圖7 車(chē)身零部件掃描對(duì)比及色差分析
3. 總 結(jié)
綜上可知，Leica激光跟蹤儀的T-Probe和T-Scan 6D測(cè)量附件以其良好的車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性和手動(dòng)操作方便性以及便攜性能，可以快速完成車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)車(chē)身零件檢測(cè)、匹配分析、安裝調(diào)整等功能，在車(chē)身測(cè)量中具有很大的應(yīng)用價(jià)值?！?/p>
