摘要：白车身的制造过程主要以冲压件的拼焊为主，由于焊接过程中的焊接变形、夹具的定位精度等因素产生焊接误差，使白车身焊接质量较难控制。为了更好地对白车身的焊接质量进行质量过程控制，在解放J6主焊线十二工位（M12）采用了激光在线检测系统，对前风窗和左/右车门洞的30个关键点的空间坐标尺寸进行在线检测。该系统具有效率高、与加工过程同步的100%检测的特点，可以满足解放J6白车身焊接总成现场测量的需要。
关键词：白车身 激光 在线检测 应用
中图分类号：U463.07 文献标识码：B
激光在线检测系统在解放J6的应用与实践
同济大学09级车辆工程 孟繁华
1 解放J6焊装线激光在线检测系统简介
解放J6主焊线采用由天津大学与天津航空易思维科技公司合作研发的激光在线固定式检测系统。图1所示激光检测站是由54个视觉传感器组成的在线自动化车身尺寸测量系统，它在线监控、测量一条生产线上的6种车型，主要测量白车身前风窗和左/右两侧门洞30个关键点的空间坐标尺寸，实时反映生产线的工作状态及白车身制造质量。在功能上，相当于在线实现100%测量的电子检具。在主焊线最后一道M12工位上设立了固定式激光检测站。
检测站的工作高度自动化，完全自主运行，无需人工操作，实现实时在线测量，测量数据记录在监测站数据库的服务器中，并通过局域网接入车间信息网络，现场工程师办公室、质保部等相关部门可以在各自办公室的终端上随时浏览、调阅、分析测量数据。随着激光在线检测系统的引入，即可采用一种更快速、更稳定及精确的品质保证系统来取代那些传统检验方式。
2 激光在线检测系统的工作原理
在运用激光技术进行几何测量中，三角测距法由于具有工作距离长、测量范围大、测量精度高及对表面特性要求低等优点而在汽车工业获得较广泛的应用，尤其是在拼焊、车身生产领域。三角测距法原理见图2。
图1 激光检测站
从图2b中可见，由半导体激光器发出的光，经聚焦成一光斑，照射于被测物体表面上，其散射光由成像透镜接收，并将光斑成像于接收敏感元件上。若被测表面位于基准面O 时，则聚焦光点成像在接收元件的中心O′点上；当被测表面在位置O 1时，则聚焦光点成像在O′一侧的P 1点上；当被测面在位置O 2时，则聚焦光点成像在O′的另一侧P 2点上。依据三角关系，由接收元件上成像点与中心点的距离，可得出被测表面与基准面的偏离量。通过在接收元件上成像点所处的不同侧面显示的不同符号，可判别被测表面偏离基准面的方向。图2b 中±△为测量范围，接收敏感元件可采用电荷耦合器件CCD。
3 激光在线检测系统的型式及检测的实现
以结构光学三维传感器为基础的在线检测系统主要有测量机器人和固定检测站2种型式。
（1）测量机器人系统
测量机器人实质上是由相对独立的两部分组成的，即1个多自由度的通用机器人和1套激光检测系统。每个机器人带有1个传感器，测量机主控制器与机器人分控制器通过装配线的控制器相互通讯，当确定指定工件处于站位上后，相应的机器人驱动传感器根据程序编制的测量位置连续地对实物进行测量，由此系统采集相关的检测数据。测量机器人既可以用作
图2 三角测距法原理
（a） （b）
检测，也能用于喷漆、焊接和装配，只需适时更换不同的功能部件。
（2）固定检测站系统
固定检测站主要用于车身和一些大型覆盖件，它联于生产线，对工件实施100%的在线检测。固定检测站由三部分组成，即工件传输系统、三维激光测量传感器及可调节的紧固构件、框架、计算机控制系统。具体的工作过程
为：被测工件首先由传输装置自动送入计算机控制系统中，后者根据已编好的测量程序，自
动地控制安装在框架构件上众多激光三维传感器中的每一个，对工件上的各关键部位进行检测。测量车身骨架上30~40个重要位置，测量时间大约只需要30 s，其效率极高。工件传输也有几种方式，除了传统的导轨式、悬链式等型式外，近年更多的是采取往复杆式输送装置。解放J6白车身焊接总成就是采用此种形式的检测站，被测工件在上一工位直接驶入框架中接受检测，检测后又自动运出，前往下一工位。
4 激光在线检测的现场测量系统组成
激光在线检测的现场测量系统组成如下。a.检测站本体支撑结构（CBVMS01/B01）。b.激光视觉测头（LVP01/D）。c.测量计算机及图像处理系统。d.控制系统（控制盒及专用电缆等）。e.数据库服务器。
其中，计算机及图像处理系统、控制系统、数据库服务器安装在控制柜内。
5 激光在线检测系统的功能及特点
解放J6白车身在线激光检测站的功能是在白车身总成的前风窗和左/右门洞共计30个关键点的空间位置实现在线100%监控和测量。测量结果可以以多种图形界面形式显示并打印输出，其主要功能包括如下。
（1）实时测量数据显示
（2）可以按照点的方式进行数据查询
a.各点坐标变化曲线显示 。
b.各点坐标合格率的统计。
c.各点测量数据显示。
（3）整车测量数据查询
a.整车测量数据显示。
b.单车车身被测点误差变化趋势。
（4）功能尺寸分析
选择任意2个被测点显示出2点间距离的变化曲线。
（5）统计功能
a.月统计，对每天每一点的合格率、数量进行统计。
b.年统计，对每个月白车身装配的数量、合格率进行统计。
该系统特点为：实现100%的在线测量，为质量管理提供了最直接的数据依据；能够根据测量结果对装配定位夹具进行评估，为实现零废品生产、降低生产成本提供实时测量手段；测量完全自主运行，无需人为干涉，减少测量中的人为因素而造成的误差；检测站本体支撑结构采取有效的防震措施，以保证测量精度；系统测量速度快，能够满足生产节拍的需要。6 激光在线检测系统的应用及改进
目前，检测站系统经过2年多的运行及多次验证、调试、标定后，系统已经处于稳定运行状态，在调试生产过程中发挥了重要的作用。激光在线检测可实现100%的测量，实时监控现生产每一台车的整体装配尺寸状态，一旦测量数据出现超差，系统立刻报警并显示出来。当连续出现2台车以上的检测报警后，操作者就会立即停车并通知现场工程师和匹配工及时查找问题点，解决问题，以保证生产过程稳定。
下面是及时发现并解决主焊线二台右侧夹具定位松动的案例。图3为2007年8月份期间，采用激光在线检测对左/右车门洞及前风窗的10号点3个方向进行检测的数据偏差统计图。从图3中不难发现，中间部分有3辆车检测数据连续突变，偏差值明显超出超差线，说明生产线上的某个工位在生产过程中出现了不稳定因素，需要及时查找问题并解决。通过分析10号点位置所涉及的产品、夹具、相关设备的情况，找到问题的原因是主焊线二台右侧夹具的2个定位块松动。匹配工将夹具松动的部位进行恢复，经过检测从数据上可以看到问题点已消除，提高了处理问题的效率。
该系统与离线检测的三坐标测量机的完美协作，
图3 左/右车门洞及前风窗的10号点3个方向检测数据偏差统计
使得激光在线检测系统在投产之初的试运行过程中出现的调试问题点及时受控和解决。激光在线检测是将产品质量控制设在生产线上，并实现100%在线检测。三坐标测量机作为更高精度的独立检测手段，是在线测量系统基准建立的必须手段，同时也能进行全面检测，是保证过程稳定和验证在线测量结果正确的必须设备。激光在线检测站在生产调试阶段初期，检测系统也不是很稳定，如在2007年上半年几次出现不同车的同一个检测点的检测数据有不可信点的现象。由图4检测数据可见，12、25号2个检测点的数据偏差很大，将此台车用三坐标测量机来检测查找数据偏差的真实性，经检测结果判断白车身尺寸正常，并未出现偏差很大的数值。因此，确定检测系统出现
了故障，立即通知厂家技术人员，经过现场软、硬件检查，并充分利用三坐标测量和激光在线检测的多次对比检测，重新对故障点进行调整、标定，直至验证合格，目前调整后检测站运行很稳定。图5为9月份单点检测状态曲线图，其偏差在±1.5 mm内波动。从10号点3个方向的误差曲线图来看，白车身整体焊接尺寸都处在受控状态。
上述激光在线检测站所起的作用表明，若解放J6项目当年在车身下部线建立检测站，对地板带前围分总成进行100%的检测，质量控制的效果会更好。地板带前围分总成是解放J6白车身焊接的基础，它有别于其他车型的总成焊接结构，前围和地板合成一个分总成，在焊接后车身下部总成的变形量需要严格控
图5 单点检测状态曲线
图4 数据检测
（下转第15页）
6 结束语
通过应用白光测量技术，实现了常规检测中关键
图14 重复性及对比测量结果分析
（a）车型LY的四门两盖的重复性
（b）车型LY的四门两盖的Opticell和CMM测量数据对比
点的检测，提高了检测效率，同时提供了型面检测数据，满足了对车身型面的控制要求。
（上接第10页）
制。因此，在试生产期间，利用三坐标多次检测、调整前围和地板合成工位和总成。目前，用三坐标检测抽检可控制分总成焊接状态的一致性、稳定性。
现代检测技术已进入信息时代，信息是物体和属性的反应。它要通过检测把信息用信号反映出来。因而检测技术在今后的经济和科学技术发展中的重要作用将越来越充分地体现出来。就制造业而言，测量、检测对确保安全生产，保证产品质量，提高产品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企业的劳动生产率和效益是必不可少的。在今后的类似产品的策划当中要在检测方面多考虑，从而在质量提升和控制上走捷径。采用激光在线检测站的各种形式，针对产品特性选择机器人式多传感器系统、框架固定式多传感器系统、混合式测量系统，
建立系统的检测体系，可以在制造过程中各分总成的主要控制部位实施装配尺寸检验。
7 结束语
生产高质量的产品从根本上讲是通过制造环节来实现的，而不是依靠检验来获得的，现代化企业的质量保证体系应该以生产制造现场为重点。所配备的检测系统应该是既能反映产品零件生产中的质量波动状况，又能预测工序、指导工序，特别是通过采取及时的调整措施，把质量问题隐患解决在未形成产品之前。因此，在线检测将成为未来检验的新方向，而激光在线检测也将会因其所具备的高科技及高效率而在新产品检验中占据重要的地位，发
挥更大的作用。