焊接是現代機械制造業中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應用，并且是汽車制造過程中的重要工序之一，具有很高的技術指標要求，因此必須對焊接質量進行認真檢測。傳統的檢測方式通常是采用固定三坐標測量機，但這種方式操縱復雜，速度慢，周期長，只能對產品進行抽檢。機器人檢測作為一種新型的檢測手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速及精度高等優點，因而可以應用于汽車車身的在線檢測，及時反饋產品的誤差信息，不僅提高了產品的合格率，同時也為工藝改進、減小誤差提供了閉環反饋的尺寸控制手段，符合現代制造的質量工程要求。下文以同悅轎車焊裝自動化生產線的機器人紅外線檢測系統應用案例來分析。

機器人在線檢測系統構成

本測量系統由兩臺對角布置的KUKA機器人、視覺傳感器、測量控制柜（內含測量計算機及圖像處理系統，用戶界面程序，服務器模塊等）、PLC控制柜系統（安全門模塊，光柵，RFID系統，Z向傳感器）等部分構成。其中激光視覺測頭是獲取被測對象圖像信息的直接器件。采用半導體激光器作為光源的測頭，可以非接觸、在線測量車身上棱邊、定位孔的空間三維坐標或功能尺寸。其主要技術參數為：分辨率0.01mm，精度±0.05mm，測量時間0.5s，工作距離200mm，激光測頭和傳感器支架的總質量約為12kg。

應用案例

1.系統布置

在同悅自動化下線MB110工位車身兩側布置兩臺檢測機器人。為了對車身內部的一些重要的特征點也可以進行測量，并兼顧車身前后關鍵功能點，經過機器人三維仿真模擬，并結合現場布局，確定檢測工作站布局如圖1所示。

圖1 在線檢測工作站布局

2.測量點方案及模擬

（1）測量點數的計算  A車焊裝自動化線的生產節拍為130s/臺，滑橇輸送時間20s，機器人單個特征點的檢測時間約2.5s。按此計算，兩機器人最多的測量點數為：（130－20）/2.5＝88個點。

（2）測量點的選擇、模擬與確認  整個焊裝生產線共有四個關鍵的總成狀態：側圍總成、發動機艙總成、地板總成及車身總成。我們只采用了一套在線檢測系統，即白車身的在線檢測系統，因此，測量的點數越多，在線監控的視野也就越廣闊。在計算機仿真之前，以固定式三坐標測量點為基礎，并根據測量點的重要性，經過計算機三維仿真模擬及現場調試，共確定了77個測量點。

3.檢測的實現及可實現的功能

（1）檢測過程  如圖2所示，白車身在滑撬上運動到檢測工作站停下并精確定位，線控制器給檢測站控制器發“到位”信號→站控制器給機器人發“車型”及“啟動”信號→機器人接到信號后開始工作，機器人在每個測量點向測量控制器發“測量請求”和“測點ID” 信號，等待測量控制器發回的“測量完成信號”→測量系統接到信號后開始測量并記錄數據，然后傳遞到測量分析軟件進行處理，測量結束后向機器人發“測量完成”信號→機器人收到“測量完成信號”后開始向下一測量點運動，至此完成全部待測點的測量。

圖2 在線檢測過程示意

（2）檢測系統可實現的功能  具體有三種功能：

整車數據查詢與分析。整車數據查詢是按整個車身進行查詢，反映整個車身的情況。整車數據查詢既可以按照車身的生產時間進行查詢，也可以按照車身的編號進行查詢。查詢數據的列表可以采用多種排序方式：車身編號和點號、點號和車身編號、生產時間及生產班次等。數據的顯示采用三種不同的底色來反映測量點制造誤差的大小。

功能尺寸分析。功能尺寸分析是對一個車身的多個點進行綜合評價。可以選擇一定時間段生產的車身進行功能尺寸評價，也可以選取一定的車身編號段內的車身進行功能尺寸評價。最后在評價表中會列出車身編號、生產時間以及各功能尺寸，表中數據的顯示可以按照選定的功能尺寸項進行排序，也可以選擇圖示顯示。

統計功能。對整個生產線產品質量的檢測數據統計可以分為月統計和年統計：對于每月逐日的產品進行數據統計，可以選擇統計條件，如需要統計的月份、分歧格數目等。圖表顯示的形式可以是合格率也可以是日產量；年統計數目是根據月統計數目進行統計的，所以每個月的數據進行統計后，就會出現在年統計表格中。

4.測量影響因素及注意事項

在測量過程中，反復驗證，總結影響測量精度的主要因素有以下四個方面：

（1）傳感器采集圖片時的姿態  垂直于檢測特征面時精度最高，隨著傾斜角的增大，測量精度隨著降低。

（2）溫度的影響  環境溫度的影響可以忽略，但機器人本體運行過程中溫度的變化對測量的數值影響較大，溫度變化主要在檢測特征面的法線方向上產生偏差（垂直測量時）。在極限條件下，對精度最大影響約為0.2mm。通常情況下，溫度影響不大。

（3）測量特征的影響  測量特征越明顯，測量的精度越高，例如棱線上測量點的測量精度要比口邊線上的測量精度高，平面孔的測量精度比螺母孔的測量精度高。

（4）機器人  機器人本身的重復性定位精度越高，測量的精度就越高。

5.實際效果

在A車焊裝自動化線下線工位MB110工位增加的在線檢測系統，對下線白車身的關鍵尺寸進行實時監測，經驗證明有以下效果：測量速度快、精度高，實現了在線產品的100%檢測。當檢測數據與基準數據出現小批量偏差時，控制站會自動報警，工作人員可及時發現問題。根據監測的趨勢圖表分析，現場工程師可大概判定問題產生的原因，為解決問題指引了方向，壓縮了問題產生原因的范圍，縮短了解決問題的時間。

通過該系統可以及時發現問題，降低了白車身的返修率及報廢率。安裝此測量系統至今，未出現產品批量返修及報廢現象。

結語

目前，基于工業機器人的視覺檢測技術已經成為國外大公司研究的熱點，而且，各大汽車生產廠家也都把工業機器人柔性視覺檢測定為今后在線檢測的應用趨勢。目前，工業機器人視覺檢測技術已經實現了汽車白車身的在線柔性檢測、擋風玻璃的自動安裝、轎車車門的自動安裝、激光焊縫的檢測等，并成功應用于BMW、DaimlerChrysler、GM等國際著名汽車生產廠家，在自主品牌汽車生產廠家也正逐步應用。