現(xiàn)代汽車制造業(yè)中的檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用前景展望

一、檢測(cè)技術(shù)與制造業(yè)信息化

汽 車工業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)中最有代表性又最具活力的產(chǎn)業(yè)之一，它又是典型的以批量生產(chǎn)為特征的行業(yè)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，制造業(yè)信 息化的步伐也逐漸加快。但制造業(yè)信息化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其范疇涉及產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)過程、物流營(yíng)銷等企業(yè)運(yùn)行中的方方面面，真正實(shí)現(xiàn)將引起企業(yè)管理組織模式 的重大轉(zhuǎn)變，因此在我國(guó)這必然是一個(gè)漸進(jìn)的過程。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在批量生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品開發(fā)的成本僅占總成本的 5% 左右，而產(chǎn)品制造過程對(duì)總成本的影響卻高達(dá) 70% ，正因?yàn)槿绱?，相?duì)而言，生產(chǎn)過程信息化起步較早，發(fā)展也很快，對(duì)企業(yè)的降本增效、增強(qiáng)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力發(fā)揮了很大的作用。

生產(chǎn)過程信息化實(shí)質(zhì)上是檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合和綜合應(yīng)用，而作為信息采集和處理的主要手段，檢測(cè)技術(shù)又是基礎(chǔ)。在這樣的背景下，為適應(yīng)現(xiàn)代汽車制造業(yè)的發(fā)展需要，檢測(cè)技術(shù)的地位和作用日顯重要。

二、智能化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控方式

檢 測(cè)技術(shù)在制造過程中的應(yīng)用，有一個(gè)演化過程。從早期的最終檢驗(yàn)、單一判別，在經(jīng)歷了強(qiáng)化工序間檢測(cè)以提前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患后，又發(fā)展到近期的通過較完善的在線 檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)施對(duì)動(dòng)態(tài)工序的監(jiān)控。充分體現(xiàn)了企業(yè)界質(zhì)量意識(shí)的轉(zhuǎn)變和提升，即高質(zhì)量的產(chǎn)品從根本上講是通過制造過程完成的。但在商品經(jīng)濟(jì)的緊逼下， 制造過程面臨更高的要求，于是出現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控模式。以下是一些典型實(shí)例。

1 ．發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工線工序間檢測(cè)的智能化模式

迄今，配置在生產(chǎn)線旁的工序間測(cè)量臺(tái)仍然是在線檢測(cè)的重要組成部分，但所呈現(xiàn)的智能化模式的發(fā)展趨勢(shì)已與以往有了極大的變化。除了必不可少的專用量規(guī)外，過去占主體地位的采用直接顯示方式的專用檢測(cè)器具 / 設(shè)備（無論是機(jī)械型、氣動(dòng)型還是電子型）都已難覓綜影。所有專用檢測(cè)器具 / 設(shè) 備——包括較簡(jiǎn)單的手持式電子量規(guī)（卡規(guī)、塞規(guī)、環(huán)規(guī)等）的輸出信號(hào)都已不再作為顯示之用，而是進(jìn)入具有統(tǒng)計(jì)分析功能的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x，組成了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。工序間測(cè)量臺(tái)上除一些專用量規(guī)外，所有專用檢具的檢測(cè)結(jié)果都輸入旁側(cè)的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量?jī)x作為一類有很強(qiáng)通用性的產(chǎn)品， 同時(shí)具有為適應(yīng)綜合檢測(cè)而必須具備的數(shù)據(jù)處理功能和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所需具有的統(tǒng)計(jì)分析功能。后者可對(duì)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)被測(cè)參數(shù)，通過預(yù)置的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給 出評(píng)價(jià)工序運(yùn)行狀態(tài)的質(zhì)量信息。在屏幕上不但能顯示實(shí)測(cè)值，而且能反映經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的各種統(tǒng)計(jì)量，以及有關(guān)的曲線、圖形。通過切換畫面不但可方便、迅速地 獲取豐富的信息，更能利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)把信息送至車間，甚至企業(yè)的質(zhì)量控制中心。

為在更大范圍內(nèi)幫助各國(guó)的汽車制造業(yè)實(shí)現(xiàn)選擇面更寬、功能更豐富的質(zhì)量管理、生產(chǎn)過程控制，德國(guó) Q-DAS 公司（數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)技術(shù)公司）推出了商品化軟件，它除了具備對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析能力外，還擁有對(duì)測(cè)量系統(tǒng)、制造設(shè)備和產(chǎn)品的評(píng)價(jià)功能。 Q-DAS 軟件現(xiàn)已得到了包括中國(guó)汽車制造企業(yè)在內(nèi)的眾多國(guó)外汽車廠的歡迎，事實(shí)證明，它在促進(jìn)批量生產(chǎn)條件下的信息化制造過程的實(shí)現(xiàn)和完善，發(fā)揮了很大的作用。

為 便于進(jìn)行質(zhì)量追溯，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)工廠開始對(duì)每個(gè)零件都打上二維碼，可利用讀數(shù)頭識(shí)別、采集。工件經(jīng)過關(guān)鍵在線檢測(cè)工位，相關(guān)參數(shù)的測(cè)得結(jié)果傳送至計(jì)算機(jī)輔助 測(cè)量?jī)x或進(jìn)而送至中央監(jiān)控室。因此，操作人員通過數(shù)據(jù)采集不僅能監(jiān)控零部件的加工質(zhì)量，而且通過對(duì)人為設(shè)置時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，能了解動(dòng)態(tài)工序的波動(dòng)情 況，及時(shí)予以調(diào)整。由于每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也有代碼，因此，在其原始資料中就包含了其中幾個(gè)關(guān)鍵零件的二維碼，一旦有需要，可方便地查詢，進(jìn)行必要的質(zhì)量追溯。

2 ．整（轎）車裝配線集中監(jiān)控

現(xiàn)代轎車裝配線上的檢測(cè)、控制環(huán)節(jié)很多，除反映整車性能狀況（如：加注，電氣、前束、燈光、制動(dòng)、排放等）的諸多參數(shù)在后續(xù)“檢測(cè)線”上測(cè)試外，還有數(shù)以百計(jì)的自動(dòng)、半自動(dòng)螺栓擰緊設(shè)備，它們?cè)谑芸貭顟B(tài)下完成裝配作業(yè)，同時(shí)可給出表明裝配質(zhì)量的扭矩值、轉(zhuǎn)角值。

本案例中，數(shù)據(jù)的傳送過程是由各工藝及檢測(cè)設(shè)備的控制計(jì)算機(jī)將其寫入系統(tǒng)的上位機(jī)，再通過光纜連接至中央監(jiān)控室的交換機(jī)，將數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。連接成的一個(gè) 10 兆以太星型結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，有著相對(duì)的獨(dú)立性。集中監(jiān)控能完成數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)顯示檢查車輛的車號(hào)（掃描條形碼獲得），某一工位所有上網(wǎng)螺栓的擰緊情況（扭矩、角度、合格否）等等；數(shù)據(jù)處理——對(duì)每一工位的數(shù)據(jù)按日、周、月、年等進(jìn)行 CPK 、合格率、平均值和方差等的運(yùn)算，能通過圖形顯示及打??；數(shù)據(jù)查詢——根據(jù)整車或發(fā)電機(jī)代碼、出廠日期等查詢所有的數(shù)據(jù)并打印等功能。該系統(tǒng)眾多其他功能不一一贅述。

無疑，完善的在線檢測(cè)手段對(duì)監(jiān)控工序運(yùn)行和產(chǎn)品制造質(zhì)量提供了重要的保證，但建立中央集控系統(tǒng)更提升了一個(gè)層次。其意義不僅在于大大增強(qiáng)了對(duì)工藝過程的監(jiān)控力度，更重要的是使轎車制造中的可追溯性得以實(shí)現(xiàn)。在即將推行的 ISO/TS16949 汽車質(zhì)量認(rèn)證中，特別強(qiáng)調(diào)了“標(biāo)識(shí)和可追溯性”，事實(shí)上，今天的市場(chǎng)和消費(fèi)者也鮮明地對(duì)此提出了要求。以上案例則正好做了回答。

三、與現(xiàn)代汽車制造業(yè)提出的適用性、柔性的需求相適應(yīng)的新技術(shù)、新產(chǎn)品大量涌現(xiàn)

近年，與現(xiàn)代汽車制造業(yè)的態(tài)勢(shì)相適應(yīng)的檢測(cè)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，它們的共同特點(diǎn)就是以服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)為前提，可靠、高效，而且能滿足復(fù)雜、多變的生產(chǎn)需求。

1 ．坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（ CMM ）的應(yīng)用水平不斷提高

無論在整車生產(chǎn)還是在零部件生產(chǎn)過程中，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的使用范圍和應(yīng)用水平都在不斷提高。在現(xiàn)代化的整車廠， CMM 已成為覆蓋件與車身生產(chǎn)中在線檢測(cè)的主體，有的還連入生產(chǎn)線成為工藝過程的一個(gè)組成部分。在機(jī)加工生產(chǎn)線， CMM 用于在線檢測(cè)也越來越多，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等總成廠中，對(duì)用于車間現(xiàn)場(chǎng)（包括生產(chǎn)測(cè)量室）的 CMM ，在確保精度指標(biāo)的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)其高速度、很好的柔性、很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的能力，尤其是由軟件提供的豐富的功能。但必須指出的一點(diǎn)是，制造廠商在注意機(jī)型和軟件開發(fā)、改進(jìn)的同時(shí)，對(duì) CMM 輔助設(shè)施也一樣關(guān)注。事實(shí)證明，后者對(duì)發(fā)揮坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的效能關(guān)系極大。著名的德國(guó) Leiti 公司今年研制的一體化工件輸送、裝夾、定位系統(tǒng)就是典型的事例，輸送小車、滑臺(tái)、專用夾具成為一體，與測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)能實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，準(zhǔn)確的夾具上裝夾、定位的工件由滑臺(tái)送入 CMM ，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。大大節(jié)省了輔助時(shí)間，提高了功效。測(cè)量機(jī)器人 Sirio688 效率很高，但裝夾工件的輔助時(shí)間過長(zhǎng)，尤其在變換不同工件時(shí)耗時(shí)更多，極大地抵消了它的高效率，而通過采用上述裝置，就徹底地改變了這種情況。

2 ．關(guān)節(jié)式測(cè)量?jī)x的價(jià)值得到了體現(xiàn)

關(guān) 節(jié)式測(cè)量?jī)x又稱便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它為麻煩的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量提供了一條便利的途徑，自幾年前首次進(jìn)入國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)后，其使用價(jià)值漸為用戶所認(rèn)識(shí)。由于構(gòu)件材料一 般選用航空鋁合金或高強(qiáng)化碳素纖維，故重量很輕，攜帶方便。相比早期產(chǎn)品，這類測(cè)量?jī)x在所配測(cè)頭和應(yīng)用軟件上已有很大進(jìn)展。現(xiàn)在，除了可配硬測(cè)頭外，還可 配觸發(fā)式和掃描式探頭，測(cè)力減小后，被測(cè)對(duì)象范圍擴(kuò)展到材質(zhì)較軟的一些工件。而測(cè)量軟件的發(fā)展則使這類檢測(cè)設(shè)備也擁有了完善的、豐富的功能，如可在 CAD 機(jī)制下運(yùn)行、通過預(yù)先編程來簡(jiǎn)化重復(fù)性測(cè)量工作、檢測(cè)時(shí)在屏幕上直接顯示圖形特征、 SPC 統(tǒng)計(jì)分析、基本掃描功能等等。在某些產(chǎn)品中，它們的測(cè)量軟件能與固定式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)兼容。應(yīng)用實(shí)例：操作工分別利用便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的大型夾具與一種車身覆蓋件進(jìn)行測(cè)量。

為擴(kuò)大工作范圍以適應(yīng)對(duì)大型工件的檢測(cè)，臂式測(cè)量?jī)x一般采用“蛙跳”的方式，或另配導(dǎo)軌支架。美國(guó) Cimcore 公司則在不久前開發(fā)了 Gridlok 技術(shù)，其原理是在較大區(qū)域分布一些圓錐定位體，通過激光測(cè)量?jī)x確定它們的位置并將其坐標(biāo)值儲(chǔ)存。儀器只要在工作之前先測(cè)一下附近三個(gè)座，確定此時(shí)自身的位置，即可進(jìn)行正常的檢測(cè)。在軟件的支持下，只要在分布定位座的區(qū)域里，就能進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和獲得完整的圖形報(bào)告。

3 ．粗糙度、圓度、圓柱度等都是評(píng)價(jià)工件制造質(zhì)量的重要指標(biāo)

近 年來，發(fā)展最快的是適用于車間現(xiàn)場(chǎng)直接監(jiān)控產(chǎn)品表面狀態(tài)的便攜式、以及那些針對(duì)性較強(qiáng)的專用測(cè)量?jī)x器。有的便攜式粗糙度測(cè)量?jī)x的驅(qū)動(dòng)器、放大顯示器可合二 為一地使用，也可在測(cè)孔和某些特殊場(chǎng)合下分離。在與專用控制器相聯(lián)后，還能做各種統(tǒng)計(jì)處理，并將結(jié)果打印和以曲線形式表達(dá)。它不但能檢測(cè)多種參數(shù)，而且可 方便地通過編碼開關(guān)任意設(shè)定四種常用標(biāo)準(zhǔn)之一，即 JIS 、 ISO 、 DIN 和 ANSI 。儀器內(nèi)藏的可充式電池可保證連續(xù)工作 7 小時(shí)。

采用半徑法測(cè)量方式的便攜型圓度儀，以一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)的電子塞規(guī)為核心，按用戶需要可在塞規(guī)上配置 1 ～ 6 個(gè)測(cè)頭，即最多能同時(shí)測(cè) 6 個(gè)截面，能在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)圓度、圓柱度等參數(shù)實(shí)施精密、快速測(cè)量。儀器的主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá) 0.5 μ m ，在無需做任何調(diào)整的情況下，被測(cè)孔徑允許有± 1mm 的變動(dòng)，在很方便地更換測(cè)桿后，可增大到 8mm 。這臺(tái)便攜式儀器效率很高，工作節(jié)拍小于 30s ，且具備很強(qiáng)的測(cè)量能力和數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析功能。類似地，采取光學(xué)方法檢測(cè)缸孔網(wǎng)紋角的高效專用儀器也已成功地用于生產(chǎn)。

為 實(shí)施監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的制造質(zhì)量，越來越多的生產(chǎn)線配備了高性能的曲軸、凸輪軸綜合檢驗(yàn)機(jī)，可滿足與曲軸主軸頸、連桿軸頸相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)及對(duì)凸輪升程 規(guī)律、相位角、鍵槽（或定位孔）與第一凸輪夾角等重要參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。但長(zhǎng)期以來，其粗糙度測(cè)量還是以便攜式儀器為主。為提高效率和檢測(cè)質(zhì)量，一種由美國(guó) Adcole 公司新開發(fā)的曲軸、凸輪軸高性能粗糙度測(cè)量?jī)x已成功用于生產(chǎn)。這種臥式全自動(dòng)量?jī)x擁有三組探頭，當(dāng)被測(cè)工件是曲軸時(shí)，能在幾分鐘內(nèi)完成全部主軸頸、連桿軸頸和左、右止推面的粗糙度檢測(cè)，實(shí)施的測(cè)量方式可由預(yù)先設(shè)置的程序確定。

4 ．自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展

應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)近年也取得了令人矚目的進(jìn)展，以下是兩個(gè)具有一定代表性的實(shí)例。

長(zhǎng) 期以來，齒輪的自動(dòng)檢測(cè)都停留在雙面嚙合測(cè)量狀態(tài)，盡管其工作原理簡(jiǎn)單、效率高、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的制作方便，但由于只能檢出徑向誤差、安裝偏心等參數(shù)，無法評(píng)價(jià) 齒輪的軸向精度指標(biāo)（如齒向誤差），因此有著很大的局限性。而近年基于新原理開發(fā)出的新穎檢測(cè)設(shè)備解決了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)批量齒輪的軸向精度指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)量問 題。新原理是被測(cè)工件與標(biāo)準(zhǔn)齒輪作無側(cè)隙嚙合滾動(dòng)時(shí)，同時(shí)測(cè)量中心距的變化量和軸線偏擺量；通過對(duì)多路測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)獲取齒輪的徑向綜合誤差和軸 向誤差（如齒向誤差、齒輪錐度等）信息。實(shí)質(zhì)上是在雙面嚙合測(cè)量的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前，國(guó)外一些廠商已推出了產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也已出現(xiàn)根據(jù)汽車齒輪廠用戶的 實(shí)際需要開發(fā)出了相應(yīng)的設(shè)備，正在試運(yùn)行。它能檢測(cè)齒向偏差、功能齒厚等 6 項(xiàng)指標(biāo)，效率達(dá)到 5 秒 / 件，不但能實(shí)現(xiàn) 100% 快速自動(dòng)檢測(cè)，還具備統(tǒng)計(jì)分析功能。

設(shè) 在生產(chǎn)線終端的多參數(shù)綜合檢驗(yàn)機(jī)的功能又有了拓展。以曲軸、凸輪軸為例，長(zhǎng)期以來，各種終檢機(jī)的被測(cè)參數(shù)都為幾何量，其他指標(biāo)往往在工序間以抽檢方式進(jìn) 行。但新推出的曲軸終檢機(jī)增加了用于檢測(cè)的油道暢通性的工位，巧妙地利用了通氣后壓力變化這一工作原理。而凸輪軸終檢機(jī)則增加了一個(gè)渦流探傷工位，所設(shè)置 的二組探頭中，第一組 3 個(gè)用于檢測(cè)三個(gè)軸頸，第二組 8 個(gè)用于檢測(cè)八個(gè)凸輪，每個(gè)探頭對(duì)應(yīng)的檢測(cè)通道彼此獨(dú)立。在工件回轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，探頭還沿軸移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)部位的掃描。整個(gè)過程在凸輪軸回轉(zhuǎn)一周時(shí)間內(nèi)完成，與前一個(gè)檢測(cè)工位同步，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件 100% 的探傷測(cè)試。

四、以“光電”型為代表的高科技產(chǎn)品顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力

在已涌現(xiàn)出的眾多新穎技術(shù)中，“光電”型的占了不小的比例，且顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，以下一些實(shí)例能說明問題。

1 ．現(xiàn)場(chǎng)使用的激光非接觸式粗糙度儀

這是一種無可動(dòng)部件、無探針、也不需要預(yù)先設(shè)置、操作和使用極其簡(jiǎn)單、方便的激光非接觸式粗糙度儀。在距離被測(cè)表面 2.5mm 處進(jìn)行非接觸測(cè)量時(shí)，耗時(shí)僅為 0.5s ，因此，可實(shí)現(xiàn)工件粗糙度的快速檢測(cè)。這種儀器既可作為便攜式儀器使用，更可與機(jī)床、自動(dòng)線配合，以對(duì)工件表面進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量或?qū)ψ詣?dòng)線上零部件的指定位置做 100% 的檢測(cè)，真正發(fā)揮了在線檢測(cè)的作用。

2 ．雙相機(jī)移動(dòng)式三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)

在廣泛用于汽車制造業(yè)的傳統(tǒng)型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（ CMM ）和于九十年代崛起的便攜式關(guān)節(jié)測(cè)量機(jī)之外，一種嶄新原理的雙相機(jī)移動(dòng)式三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)顯示了其獨(dú)特的、十分實(shí)用的性能。完全不同于常規(guī)的攝像測(cè)量原理，該系統(tǒng)把 CCD 相機(jī)與攝像測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，采用了一種獨(dú)創(chuàng)的“智能化目標(biāo)光源探測(cè)法”。被 CCD 相機(jī)探測(cè)到的光源（ LEDS ）嵌在光筆－測(cè)桿 / 探針上，通過三角測(cè)量法可準(zhǔn)確地測(cè)出觸點(diǎn)處的空間坐標(biāo)。

整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)無可動(dòng)部件，具有相當(dāng)于 CMM 的功能，但量程大、精度高，使用簡(jiǎn)單、靈活，特別適合車間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大型覆蓋件、車身的檢測(cè)，以及通過測(cè)量，為大型工裝的修正、調(diào)整提供依據(jù)。

3 ．光學(xué)三維傳感器檢測(cè)站

一種以結(jié)構(gòu)光學(xué)三維傳感器為基礎(chǔ)的高效、高精度檢測(cè)站已在車身骨架、大型覆蓋件 100% 的 在線檢測(cè)中顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。被測(cè)工件首先由輸送機(jī)構(gòu)自動(dòng)推入生產(chǎn)線上的測(cè)量工位，定位傳感器將工件的真實(shí)位置送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，后者根據(jù)已經(jīng)編制 好的測(cè)量程序，自動(dòng)控制在框架上的眾多三維光學(xué)傳感器中的每一個(gè)，對(duì)工件上的各關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測(cè)。一般固定的傳感器數(shù)量在 10 ～ 30 個(gè)，完成測(cè)量?jī)H需 20s 左右，真正體現(xiàn)了高效率、高精度的特點(diǎn)。

為提高車身骨架、大型覆蓋件的監(jiān)控水平，實(shí)現(xiàn) 100% 的 在線檢測(cè)，以結(jié)構(gòu)光學(xué)三維傳感器為基礎(chǔ)的高效、高精度“檢測(cè)站”逐步在汽車制造業(yè)擴(kuò)大應(yīng)用。被測(cè)工件首先由傳輸裝置自動(dòng)送入生產(chǎn)線上的測(cè)量工位，定位傳感 器將工件的真實(shí)位置送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，后者根據(jù)已編制好的測(cè)量程序，自動(dòng)控制安裝在框架上眾多光學(xué)三維傳感器中的每一個(gè)，對(duì)工件上的各關(guān)鍵部位進(jìn)行檢 測(cè)。

4 ．激光跟蹤儀

另 一種新穎坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)——激光跟蹤測(cè)量也在近年進(jìn)入了汽車制造業(yè)。實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的激光跟蹤測(cè)量?jī)x由結(jié)構(gòu)緊湊的跟蹤頭和控制器組成，前者的核心是一個(gè)安裝在 回轉(zhuǎn)水平軸上的激光頭，采用高穩(wěn)頻的氦氖激光器。當(dāng)將一個(gè)普通的目標(biāo)靶，如一個(gè)小鋼球放在激光束的前面，儀器的檢測(cè)系統(tǒng)將采用三維跟蹤模式，產(chǎn)生 X 、 Y 、 Z 位置坐標(biāo)值。它的測(cè)量距離最大可達(dá) 35m ，最大跟蹤速度達(dá) 3m /s ，分辨力 1 μ m ，系統(tǒng)精度 25 ～ 50 μ m 。由于儀器采用絕對(duì)測(cè)量模式，通過激光束鎖定光學(xué)目標(biāo)后立即測(cè)量，因此用途很廣，效率也高?？捎糜谄噺S大型工件檢測(cè)及工裝夾具的安裝調(diào)整。美國(guó) API 公司和 FARO 公司都已有商品化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也已有選用。

5 ．機(jī)器視覺在汽車制造業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用

“機(jī)器視覺”又稱圖像檢測(cè)技術(shù)，乃是將被測(cè)對(duì)象的圖像作為信息的載體，從中提取有用的信息來達(dá)到測(cè)量的目的。它具有非接觸、高速度、測(cè)量范圍大、獲得的信息豐富等優(yōu)點(diǎn)。通過 CCD 攝 像頭與光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字處理系統(tǒng)的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)不同的檢測(cè)要求。隨著上世紀(jì)九十年代以來光電、自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺得到了越來越 廣泛的應(yīng)用。作為一種新穎而又實(shí)用的傳感技術(shù)，圖像檢測(cè)單元近年已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，一些知名的廠商都推出了品種規(guī)格齊全的系列化產(chǎn)品，包括光源、攝像頭、處理 器等，這對(duì)圖像檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了很有利的條件。

（ 1 ）圖像檢測(cè)技術(shù)在精密測(cè)量中的應(yīng)用

精密測(cè)量是機(jī)器視覺一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，此時(shí)，由光源發(fā)出的平行光束照射到被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)部位上，其邊緣輪廓經(jīng)過顯微光學(xué)鏡組，成像在攝像機(jī)的面陣 CCD 像面上，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理后獲得被測(cè)對(duì)象邊緣輪廓的位置。如果使被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生位移，再次測(cè)量其邊緣輪廓位置，則兩次位置之差便是位移量。顯然，若被測(cè)對(duì)象的兩條平行的邊緣輪廓能處于同一幅圖像內(nèi)，則其二者位置之差即為相應(yīng)尺寸。

上述系統(tǒng)極為適合對(duì)大批量生產(chǎn)情況下工件的在線檢測(cè)，尤其是當(dāng)被測(cè)對(duì)象尺寸比較小、形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，更能顯示其優(yōu)越性。電子接插件、包括汽車電子產(chǎn)品中的接插件就是典型例子，它們的生產(chǎn)效率和成品尺寸精度都較高，前者可達(dá)到每分鐘數(shù)百件，而后者多數(shù)為 0.01mm 的數(shù)量級(jí)。一般情況下，工件質(zhì)量缺陷包括插腳的變形或扭曲、多余的金屬粘附（金屬碎屑）等，均反映為外形尺寸的誤差。由于所形成的圖像與其明亮背景之間的強(qiáng)烈對(duì)比，而具有清晰的剪影效果。這樣的理想圖像為準(zhǔn)確測(cè)量被檢對(duì)象的尺寸和輪廓（形狀）特征創(chuàng)造了條件。

圖 像檢測(cè)技術(shù)用于精密測(cè)量的另一個(gè)實(shí)例是在刀具預(yù)調(diào)測(cè)量中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式是光學(xué)投影和光柵數(shù)顯表相結(jié)合，前者用于瞄準(zhǔn)定位，而后者用于測(cè)量、讀數(shù)。 整個(gè)過程需較多的人工參與，對(duì)操作人員的要求高，效率卻較低?，F(xiàn)在，通過把機(jī)器視覺、光柵技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件、自動(dòng)控制技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，使傳統(tǒng)的工作方式 發(fā)生了根本變化，無論在測(cè)量精度、操作方便和工作效率上都有了極大的提高。

（ 2 ）機(jī)器視覺用于工件表面缺陷檢測(cè)

對(duì)工件表面缺陷、如發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大小頭結(jié)合面的破口缺損，迄今基本都采用人工目測(cè)方法。不但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且對(duì)工藝標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的定量評(píng)定要求往往難以準(zhǔn)確執(zhí)行，從而影響對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的有效監(jiān)控。以連桿結(jié)合面爆口為例，其評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的具體要求為：破口面積小于 3mm 2 ，破口任一方向的線性長(zhǎng)度小于 2.5mm 。只要符合上述一項(xiàng)，就將判定不合格而被剔除。

此 時(shí)，圖像處理系統(tǒng)將采用反射方式，光線照射到對(duì)象表面后，系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)對(duì)圖像進(jìn)行分析和計(jì)算，最終得到所需的數(shù)據(jù)。通過對(duì)二值化圖像中的成像像素 個(gè)數(shù)的計(jì)算，可以得到相應(yīng)的對(duì)象的長(zhǎng)度值和面積值。系統(tǒng)在實(shí)際使用中，對(duì)于灰度的二值化閾值和光源的設(shè)定采用比對(duì)的方法實(shí)現(xiàn)。具體方法為：用已知的樣件作 為標(biāo)定的參照物。把已知的參照物測(cè)量值除以參照物對(duì)應(yīng)的像素值，即可得到像素與實(shí)際值之間的對(duì)應(yīng)比例值。通過調(diào)整光源亮度以及系統(tǒng)的二值化閾值，對(duì)其進(jìn)行 優(yōu)化，保證系統(tǒng)對(duì)對(duì)象邊界具有相對(duì)較高的分辨率。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特征（工件形狀、被測(cè)部位）和要求，參照視覺系統(tǒng)產(chǎn)品的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并按照所完成的設(shè)計(jì)，將 能方便地選取合適的圖像檢測(cè)單元（器件），組成相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)。以連桿結(jié)合面爆口為例，其系統(tǒng)的檢測(cè)要求：分別檢測(cè)互為 15 °夾角的 A 、 B 、 C 三個(gè)（連桿側(cè)面的）破口面，最終以三個(gè)檢測(cè)結(jié)果中的最大值作為破口的真實(shí)值，進(jìn)行判斷后輸出結(jié)果。

（ 3 ）機(jī)器視覺的圖像識(shí)別功能的應(yīng)用

在 大批量生產(chǎn)條件下，如何識(shí)別、判斷產(chǎn)品或包裝上的標(biāo)識(shí)、徽記，在輸送托（盤）架所做的標(biāo)記，以及最終產(chǎn)品、甚至半成品（零部件）所帶有的“表明身份”的一 維、二維條碼。若依靠人工肉眼檢查，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，也難免錯(cuò)檢漏判。另一方面，在生產(chǎn)線、特別是其中的裝配工序中，對(duì)零件的姿態(tài)、位置（方向）也經(jīng)常需 要進(jìn)行辨識(shí)，特別在采用選擇裝配方式時(shí)。正是在這一領(lǐng)域，機(jī)器視覺的圖像識(shí)別功能得到了廣泛的應(yīng)用。

電子標(biāo)簽是近年發(fā)展很快的一項(xiàng)新技術(shù)，它也采用了機(jī)器視覺的識(shí)別技術(shù)，如將涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的各種質(zhì)量信息通過讀寫器無線寫入標(biāo)簽或讀出。在有些發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的輸送裝置（托盤）上安裝有一個(gè)電子標(biāo)簽，而每個(gè)加工或裝配工位則布置有一個(gè)讀寫器。讀寫器與 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。以下是機(jī)器視覺圖像識(shí)別功能的幾個(gè)應(yīng)用示例。

在活塞 ---- 缸 體裝配工序中，主要環(huán)節(jié)有：判斷缸體到位并做好檢測(cè)準(zhǔn)備；探測(cè)缸體上緣（準(zhǔn)確到位的標(biāo)志），如果未發(fā)現(xiàn)該特征部分，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)；在檢測(cè)系統(tǒng)中建立坐標(biāo) 系；識(shí)別：活塞的有無，活塞位置的正確性（確切地講是“方位”），活塞頂部表面的標(biāo)識(shí)和字符——用于表明型號(hào)、選擇裝配時(shí)的組別及其它相關(guān)含義。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 即將到達(dá)檢測(cè)工位時(shí)，由電子標(biāo)簽讀寫器驗(yàn)明其“身份”，然后發(fā)信號(hào)給 PLC ；而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)檢測(cè)工位，接近開關(guān)觸發(fā)， PLC 給機(jī)器視覺系統(tǒng)發(fā)出工作指令；如果活塞在缸體內(nèi)的裝配正確，視覺系統(tǒng)發(fā)信給 PLC ，然后寫入電子標(biāo)簽，發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)流向下一工位。如果活塞裝配有錯(cuò)，則視覺系統(tǒng)提示 PLC ，并通過人機(jī)界面報(bào)警，顯示屏將指示哪一缸的活塞裝配有錯(cuò)、何種錯(cuò)誤。操作者確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果后，通過使人機(jī)界面 PLC 發(fā)出指令，將結(jié)果寫入電子標(biāo)簽，并且將發(fā)動(dòng)機(jī)直接輸送到返修區(qū)域進(jìn)行返修。整個(gè)檢測(cè)過程全部自動(dòng)完成，只是在出現(xiàn)裝配錯(cuò)誤、發(fā)出報(bào)警時(shí)才由人工干預(yù)。

主軸承蓋在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的裝配是又一個(gè)典型示例。 5 個(gè) 主軸承蓋的前端部呈不同的臺(tái)階狀。通過每個(gè)零件上的數(shù)字標(biāo)識(shí)，按規(guī)定順序和方向安裝。由于零件混雜、數(shù)量又大，常發(fā)生錯(cuò)裝現(xiàn)象，導(dǎo)致下道工序產(chǎn)生廢品。為 此，在生產(chǎn)線的擰緊裝配工位和翻轉(zhuǎn)工位之間設(shè)置一個(gè)檢測(cè)工位，通過自動(dòng)識(shí)別，判斷裝配結(jié)果的正確性。若全部正確，則缸體繼續(xù)流向下一工位，否則報(bào)警并給 PLC 發(fā)出指令，使生產(chǎn)線停機(jī)，將有問題的缸體下線返修。為了適應(yīng) 1 件 / 分鐘的裝配節(jié)拍，采用在缸體移動(dòng)過程中檢測(cè)， 2 個(gè)光電視覺傳感器分別前后布置在生產(chǎn)線的上方和一側(cè)。前一個(gè)為零件定位傳感器，用以自動(dòng)準(zhǔn)確地觸發(fā)采樣，后一個(gè)用于動(dòng)態(tài)識(shí)別 5 個(gè) 主軸承蓋的表面幾何形狀。根據(jù)預(yù)先置入的各主軸承蓋特征參數(shù)和采集到的傳感器輸出信號(hào)，可確定是否裝錯(cuò)并指示具體出錯(cuò)位置。通過使用圖像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)有表面 缺陷的連桿進(jìn)行定量測(cè)量檢測(cè)，取代了傳統(tǒng)人工目視檢測(cè)的方法，從根本上避免了誤檢，保證了產(chǎn)品品質(zhì)。另外在幫助企業(yè)降低工件誤報(bào)廢成本的同時(shí)也降低了人員 的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。