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高精度的车身检具--三坐标测量机

作者: 来源: 发布时间:2009-11-14 14:49:08  点击数:4383

 

  车身检测是汽车工业中关于零部件检测的重要部分,该项检测直接关系着整车的外观和质量。三坐标测量机普遍具有高精度、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,尤其是丰富的、不断扩展的软件功能,目前愈来愈多的应用于汽车车身检测中。

车身检测的特点

    汽车车身在加工和工艺装配的过程中,由于各种主客观因素都会存在各种各样的误差,除了操作者本身的技能和经验等主观因素的影响外,还有一些由于检测方法本身所造成的影响。有两种比较典型的情况:一、车身及其组成的各种零部件大多为钣金件,工件的刚性一般较差,且车身表面上的各种孔和相对尺寸受地球引力的影响而处于变形状态,若使用传统的测量方式和夹具方法往往对这种自然变形无法测量和评价,即使测量和评价,也会出现较大的偏差。其二、汽车车身装配件是多工种加工件组装的系统,很难避免在单件检测时存在偏差。

    鉴于上述原因,对车身检测的要求主要有:定位合理;孔的检测包含两项内容:孔径大小,孔的位置;外形检查:由于该类零件轮廓普遍呈自由曲面、不规则等特征,需要根据具体情况采取多种方式;以划线方式检查工件的轮廓,情况与检查孔相似;待测零件需要夹紧。

    传统检具一般只针对一项参数检验,多为手工操作,工作效率不高。另外,传统的检具及检测用夹具存在诸多的不足,不具备监控生产线上运行情况的能力,所以在车身等大型焊接件的检测及测量应用中,传统检具已渐渐失去主导地位,取而代之的是高精度的三坐标测量机。

三坐标测量机在车身检测中的应用

    三坐标测量机是通过探头系统与工件的相对移动,来探测工件表面点三维坐标的测量系统。除测量机主体部分外,系统还包括输送、装夹等辅助环节,并必须在测量软件的配合下才能完成要求的测量任务。

    三坐标测量机普遍具有高精度、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,尤其是丰富的、不断扩展的软件功能,这一切使CMM在车身质量控制中发挥了愈来愈大的作用。尤其在今天的轿车生产车间里,三坐标测量机已使用在生产线上,而不是使用在远离现场的测量间内。在冲压件生产车间中,采用三坐标测量机检测的比例已过一半,一些大型的复杂工件受检比例更高。焊接件并不是每种都需要进行检验的,但在必须受控的那些车身总成中,利用三坐标测量机进行检查的比例甚至达到三分之二。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。

三坐标测量机的种类和特点

    目前,世界上为汽车行业车身检测提供专业检测方案的最知名厂家当属意大利DEA公司,并在推动汽车车身研究和“白车身”的尺寸检测方面作出了突出贡献。针对汽车车身检测的应用特点,DEA开发了适应汽车检测每个环节的各种设计,加之以针对钣金件特征而设定的软件功能,能够为车身的开发、试制、部件/分总成/总成检测、在线检测以及质量控制提供保障。

    常用的三坐标测量机主要有水平臂测量机、活动桥式测量机和固定龙门型测量机。其中水平臂测量机又分双水平臂和单水平臂两种,主要用于对车身和大型钣金件的测量,也可测中小件。活动桥式测量机精度较高,主要用于对形状复杂的薄壁工件,特别适用于在生产现场对中小型冲压件和焊接件进行在线测量。固定龙门型测量机的精度高于水平臂测量机,主要用于如航空、汽车等细长件的测量。

水平臂式测量机

    可以配置手腕测座CW43L,这种测头增加了两个回转坐标,并可以使用加长杆,最长可达800mm,这种形式的结构能使测头易于进入工件的各个被测部位,包括车身骨架的内部区域或各种钣金件的底部甚至底部内侧,最多时控制系统可以操作10个坐标的双臂,同时可从两侧对工件进行检测,适用的工件如:车身、侧围等。根据测量任务的需要,承载平台上可设置测头库,即可在检验一个复杂的工件过程中通过更换测头,一次完成任务。


 

    双水平臂测量机,如Bravo双水平臂测量机(如图1)的特点为:水平臂复合陶瓷材料高刚性结构;Renishaw PH10 或 DEA CW43L手腕测座都可以安装在测量轴上等。所有的测量轴可机动;轴向的运动由控制系统和测量软件进行管理;X和Y轴的移动部件在空气轴承上运动,Z轴配置由机械导轨及空气轴承组成的混合运动系统;所有各轴由直流电机驱动,Y及Z轴采用带传动,X轴采用齿轮齿条传动;气动控制的机械安全制动装置实现中心滑架的自动锁紧;光学光栅尺读数头编译系统;可利用其宽范围的附件及选项配置机器应对特殊的应用需求;开敞的水平臂结构便于工件的装卸操作;随动罩使得更容易更安全地接近测量区域,并和外罩、防尘罩一起提供完全的内部保护;在手动模式下,操作者通过操纵杆单元实现系统的控制;一组风扇防止在测量机本体自身内部发生温度层化;通过软件对机器几何误差进行自动补偿;Bravo NT既可安装于地表以下也可安装于地面上,配有温度传感器使控制系统能够检测并动态地补偿温度梯度引起的测量系统的变形。

活动桥式测量机


 


 

    如Brown & Sharpe集团的Global测量机(如图2)。其特点包括:独特的TRICISIONTM式(精密三角梁)横梁设计,提供良好的刚性质量比,轻合金桥架较传统设计刚性提高25%,X向导轨重心降低50%从而保证了平稳、精确的运动;移动桥上轴承跨距更宽,降低了由于桥架自转而引起的误差,从而保证了整机空间精度更高,降低了重复性误差,提高了加速和减速性能,使测量效率更高;获得专利的、经过精密加工的整体燕尾型导轨,提高了机器的精度和重复性。非接触式光栅尺避免了摩擦,装配时一端固定,另一端可随温度变化而调整,光栅热膨胀系数获得PTB认证。

    Global Image是一种集单点探测和模拟扫描技术为一体的高性能检测设备,同时可配制接触式和非接触扫描测。基于新一代高稳定性控制系统,与温度和精度补偿系统进行结合与优化,加上先进的算法,实现了高速、高精度模拟开环以及闭环扫描。获有专利的快速探测模式中的指向、点击和扫描技术,可把扫描测头当作触发式测头使用,而不会损失速度和精度。

检测用柔性夹具

   传统夹具做法是每次在测量零件以前,首先根据测量要求,制定各种定位及夹紧方案,接着就要制作一些夹具,然后按照既定方案,在三坐标测量机的工作台面上,把这些定位及夹紧装置搭建起来,在此基础上建立测量坐标系后方可测量。这种传统的做法存在交货周期长、缺乏灵活性、更改费用高、储存费用大等缺点。

    现代化大规模、多品种汽车生产要求的柔性夹具系统可用于任何测量机(悬臂或垂直臂);而且它不需要与检测设备有特殊的电气和软件的联结。这类夹具系统维护方便,使用简单。

    常用的柔性夹具系统有两类,第一类是可编程的圆柱提升型,第二类是机械式模块拼合型。在第一类中又有全自动和手动之分,而第二类也还有不同结构形式。

全自动柔性装夹系统


 


 

    以DEA生产的FIVE全自动柔性装夹系统(如图3)为例,其主体部分是一组圆柱体,内充压缩空气,若打开气阀,底部即形成气垫,圆柱体能在平台上轻快地移动,且高度可变,提升高度最大一种是500mm;顶端配以标准化的支撑,用以承载工件。在非工作状态下,这些圆柱体整齐地置于坐标测量机平台的后部。该系统在运行时,借助FIVE完善的软件和自动操作功能将圆柱体一个一个地移至平台上的某个预先设定位置;当圆柱体按确定的X、Y、Z坐标停在平台上的设定点后,测头旁侧的机械手开始向上,即沿Z轴移动,把圆柱体内的活塞提升到规定的高度;通过执行事先编制的程序,X、Y、Z坐标就在坐标测量机的测量空间建立了起来。只要针对不同的工件编制相应的程序,FIVE系统就能满足各种工件的支撑、装夹要求,显示了极大的灵活性,即柔性。

手动柔性装夹系统

    FIVE自动系统也有明显的不足,一是用户投资偏大,二是尽管操作过程为全自动,但工作效率并不高。近年来推出手动柔性装夹系统,类似于FIVE 系统,根据被测工件的不同情况先编制相应的程序,测量机的测头逐次进入到指定点,操作人员则一次次把圆柱体人工移动到测头下,再手动提升到对准测量头上的指定位置,然后装上模块化支撑夹头,这种系统比全自动的夹具系统工作效率高,经济性也好。

上下料等辅助系统

    上下料系统包括传送带、地轨车及动力部分等。在测量机的前后安装上下料系统,参照与装配线的位置,上下料可在任一侧进行。这样,把停机时间、即空运行时间减至最少,提高了工作效率。当一个待测薄壁件在测量工位被检测时,下一个薄壁件被装在上料工位处的承载平台上,而在测量循环完成后,该件就被自动移出测量区域,装着新工件的第二个平台被移入。根据测量任务的需要,承载平台上还可设置测头库,既可在检验一个复杂的工件过程中通过更换测头,一次完成任务。

通用测量软件和专用测量软件

    基本测量软件是坐标测量机必备的最小配置软件。它负责完成整个测量系统的管理,包括探针校正、坐标系的建立与转换、输入输出管理、基本几何要素的尺寸与形位公差评价以及元素构成基本功能。(形位公差包括:直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同轴(心)度、对称度、圆跳动、全跳动)

    专用测量软件是针对某种具有特定用途的零部件测量问题而开发的软件,如:齿轮、螺纹、自由曲线和自由曲面等。一般还有一些附属软件模块,如:统计分析、误差检测、补偿、CAD等。


 


 

    先进的计量和检测软件可为计量需要提供完美的的解决方案,是高效正确完成检测功能的关键因素。如PC-DMIS测量软件操作界面简洁,可以指导使用者进行零件编程、参数设置和工件检测;同时,其一体化的图形功能,能够将检测数据生成可视化的图形报告;还可以移植传统的测量软件,并提供捆绑方案如MM4、TUTOR等软件。此外还包括各种钣金件和塑料玻璃和管件的全套测量程序,以及自动寻找测量元素、实时三维测头补偿、自动补偿变形工件的表面位置和方向等;对钣金件和变形大的工件的孔搜寻功能,即控制测量机在理论孔中心附近区域寻找几种有效的几何形状,具备了智能化的特征。该软件还具备强大的CAD图形功能,允许用户采用三维CAD数据,脱机或者联机生成工件检测程序,同时完成图形化工件模型和探测路径的模拟,生成计算机数模完成逆向工程。

 


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