圖1 激光跟蹤儀6D測量模式
【摘要】本文探討了激光跟蹤儀的使用特點以及近年來最新發(fā)展的6D測量技術，并基于此提出了車間現(xiàn)場環(huán)境中車身的檢測和分析方案，及時、快速的發(fā)現(xiàn)和解決車身零件制造，裝配，尺寸分析等問題，提高汽車車身測量效率和生產質量。
[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.
【關鍵詞】 6D測量技術,便攜測量,點云采集
[Keywords]:6D Metrology Technology, Portable Inspection, Point cloud acquisition
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圖2 T-Probe車體測量
1．激光跟蹤儀6D測量技術
隨著工業(yè)現(xiàn)場測量和質量控制需求的增多，出現(xiàn)了多種應用于現(xiàn)場的測量工具，如激光跟蹤儀，關節(jié)臂測量機，大型掃描儀等。這類設備相對于傳統(tǒng)三坐標而言精度低，測量過程需要人手動操作，但是可以方便的移動到車間的測量工件附近，無需特殊的溫度，濕度，氣源等條件，在車間環(huán)境中也可以保證測量精度。因為其便攜性和方便性，這類設備得到了廣泛的應用，其中激光跟蹤儀以其適合與汽車車身測量的方便性，量程和精度，在車身主機廠、配套廠而得到認可，作為三坐標測量設備的補充，越來越多的出現(xiàn)在車間的測量現(xiàn)場。
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圖3 T-scan工件表面掃描
傳統(tǒng)的激光跟蹤儀測量以3D測量為主，即反射鏡（靶鏡）測量方式，測量的數(shù)值為球心坐標值X,Y,Z(也可以其他坐標系方式顯示)，主要應用于航空航天，汽車中工裝，型架等部件的測量、安裝和調整。隨著工業(yè)領域應用需求的增多，除了單一的通過反射鏡進行測量和跟蹤，使用者更希望將跟蹤儀應用到加工工件的測量中，這類工件形狀復雜，測量特征分布廣泛，單純依靠跟蹤儀轉站和隱藏點輔助測量工具已經很難滿足精度和效率的測量要求。
在這種情況下，Leica的6D測量產品—T系列解決方案應運而生。T系列測量工具的原理是通過在跟蹤儀上增加了T-Cam相機，從而在測量和跟蹤過程中，不僅可以監(jiān)控跟蹤目標的X,Y,Z(中心值)，同時還可以提取目標的 I,J,K(沿三個方向的扭轉)用于代表目標的旋轉姿態(tài)。通過這種方式，可以得到更多的計算信息:
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圖4 BMW工廠車身檢測
1.1 走動式三坐標—T-Probe測頭
通過在T-Probe測頭上增加紅寶石探針，既可以像三坐標測量機一樣完成工件上的接觸測量，測量范圍可以達到直徑50m。既方便的利用了激光跟蹤儀的現(xiàn)場適應能力、便攜性能又能夠滿足車身工件的高精度測量需求。可應用于車身零部件，分總成，匹配等過程中的檢測和問題診斷。
使用過程中測頭無線連接任何電纜，本身自帶鋰電池，通過點擊測量工具上的按鍵可以進行測量，刪除，連續(xù)掃描等功能，將激光跟蹤儀擴展成為走動式的三坐標測量系統(tǒng)，真正實現(xiàn)無線、無臂操作。
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圖5 車身測量報告
1.2 非接觸測量—T-Scan測頭
除T-Probe之外，T系列工具還同時包括可以滿足大尺寸空間掃描需求的T-Scan系統(tǒng)，使用人員可以通過手持T-scan測頭，以點云，三角網格，曲面渲染等多種方式反映工件的表面形狀信息，用于曲面形狀比對分析，尺寸控制，逆向等。
相對于硬測頭單點測量，T-scan測量效率更高，測頭每秒可以測量20000個點，應用于車身輪廓掃描對比檢測，逆向，F(xiàn)lush&Gap分析，腰線測量等。
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圖6 點云對比過程
2. 車身檢測中的6D測量技術應用
2.1 車身關鍵特征尺寸測量
在車身中有大量的特征點，固定孔，槽，圓柱等特征需要進行快速檢測，特別是對車身內部的安裝孔位，需要測量設備在保證精度的前提下能夠方便的進入測量。 T-Probe無線，無臂的特點正滿足了這種需求。T-Probe整個系統(tǒng)空間測量精度可以達到7um/m，通過不同探針長度及安裝位置的組合，即可以實現(xiàn)車身特征的全尺寸檢測，并且測頭操作方式友好，單人就可以完成測量。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
2.2 車身覆蓋件曲面掃描
隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，對車身覆蓋件的曲面輪廓質量控制越來越重要。傳統(tǒng)車身輪廓檢測以接觸方式進行單點采集或連續(xù)掃描為主，將獲取的單點的坐標和理論點坐標相比，在車身表面以抽樣的方式進行曲面輪廓對比。
近年來，Leica T-Scan激光掃描測頭以其快速的點云采集得到了越來越廣泛的應用，其主要特點如下：
● 快速的點云采集速度，20000點/秒；
● 工件三維輪廓的實時顯示；
● 點數(shù)據(jù)與CAD軟件的通用性；
● 快速直觀的比對色差輸出；
● 坐標系可以根據(jù)測量需求靈活調整，指導工件制造過程；
● 數(shù)據(jù)采集后，可以隨時進行調用分析，具有可追朔性；
● 自適應不同顏色，不同反光表面的工件，測量無需噴粉。
其一般的檢測過程如圖6所示。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
2.3 車身配合尺寸分析
在汽車制造過程中，除了要保證車身各零部件，分總成滿足尺寸控制公差外，還要確保經過焊接，鉸鏈，膠合等方式組裝后各部件之間的相互關系滿足要求，如前蓋和翼子板，車燈和側圍，車門之間，天窗和車頂蓋等。這些尺寸控制直接影響車身的外觀，使用穩(wěn)定性以及功能型要求。在這類使用中，可以采用T-Probe（完成關鍵位置快速測量）和T-Scan（間隙輪廓全面分析）想結合的方式完成。
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圖7 車身零部件掃描對比及色差分析
3. 總 結
綜上可知，Leica激光跟蹤儀的T-Probe和T-Scan 6D測量附件以其良好的車間現(xiàn)場適應性和手動操作方便性以及便攜性能，可以快速完成車間現(xiàn)場車身零件檢測、匹配分析、安裝調整等功能，在車身測量中具有很大的應用價值。■
