刘非，高树森，魏强，陈文

一汽-大众汽车有限公司 吉林长春 130011

随着电动汽车的普及，车用电池的需求量急剧增加。为了增加电池的续驶里程和减小电池尺寸，需要对电池进行集成化的零件组合安装。为了降低工艺复杂度和工艺成本，多采用在板材焊接螺柱的形式，用于后续匹配零件的安装和固定。为了避免出现后续工位零件安装匹配的抱怨，需要使用光学拍照对焊接后螺柱的尺寸进行测量，确认尺寸合格及稳定性。但是现在通用的测量技术手段为机械抓手通过定位销和夹爪对板材进行固定，以世界坐标为基准，通过光学拍照测量的手段对螺柱尺寸进行测量，测量结果的准确性和可靠性不足，不能为后续工位提供尺寸指导。为此，需要设计一种适用于大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法，以满足产品质量要求。

图1 螺柱对手件安装示意

尺寸测量方案调查

某电动车的电池壳体为水冷板和框架组合而成的密封箱式结构，在框架内部即水冷板的内侧焊接螺柱，用于后续装配安装固定相应的电器元件。同时相应的电器元件的安装通过自动拧紧方式进行，为了保证后续装配拧紧生产节奏的稳定性和通顺性，需要对焊接后的螺柱进行精确尺寸控制，保证进入后续工位的壳体尺寸的准确性和稳定性。

调查结果见表1，离线光学拍照合格率为100%，表明对应螺柱焊设备自身的焊接尺寸精确度和稳定性均能满足相应的要求，但是在线光学拍照的合格率均低于80%，说明在线测量过程中存在很多问题导致测量结果的准确性及稳定性不足。

表1 测量方案准确率调研结果

为此，需要进一步的分析影响在线测量尺寸合格率及稳定性不足的因素。

在线测量不足因素分析

分析研究现有的测量方法：通过机器人抓手将水冷板抓取，机器人行走至照相测量设备位置，将螺柱平移至照相机前进行拍照，如图2所示，形成识别特征孔，生成对应的尺寸数据。

图2 在线测量示意

影响螺柱到达测量位置的因素如下：

1）机器人移动稳定性（±0.06mm）。

2 ） 机器人抓手定位销与定位孔径差异（±0.2mm）。

3）机器人抓手夹紧力造成水冷板变形。

以上误差累计将造成终端的螺柱尺寸误差达到±0.5mm，超出螺柱本身的图样尺寸，在尺寸测量的精度和稳定性上造成极大的误差。

对策制定及验证

经过上述分析得知，造成尺寸测量不稳定的原因是尺寸链累计误差，为了减少甚至完全消除尺寸链累计误差，主要从工装结构及测量方法上减少甚至消除误差。

1.工装优化

通过对工装结构进行优化，增加定位销直径，进而降低由于定位销在定位孔内的窜动造成的尺寸测量源头的不稳定因素。

2.测量坐标系转换

除了以上的机械结构和不断优化测量参数，为了进一步消除尺寸链的累计误差，需要调整测量坐标系的来源。通过将坐标系来源调整至水冷板的现有RPS孔，可将从机器人稳定性及定位销与孔径差异造成误差消除。

坐标系转换前提条件如下：

1）新建坐标系的RPS孔距离待测量点位尽可能小。

2）新建坐标系的RPS孔的加工结果相对稳定。

3）相机与机器人标定，相机的坐标系与机器人的坐标系一致。

动作执行如下：

1）机器人带工件移动到RPS孔1的拍照位置。相机拍RPS孔1，得到RPS孔1的圆心坐标。

2）机器人带工件移动到RPS孔2的拍照位置。相机拍RPS孔2，加上机器人从RPS孔1的拍照位置到RPS孔2的拍照位置的X和Y的偏移量，得到RPS孔2的圆心坐标。

3）机器人带工件移动到螺柱的拍照位置，相机拍螺柱，加上机器人从RPS孔1的拍照位置到螺柱的拍照位置的X和Y的偏移量，得到螺柱圆心的坐标。

4）根据RPS孔1坐标和RPS孔2坐标，得到一条直线，再根据螺柱圆心的坐标计算螺柱圆心到直线的垂线长度和RPS孔1到垂线与直线交点的长度。如图3所示。

图3 测量方法示意图

5）根据以上计算，得到了螺柱与RPS孔1的2个长度，发送给PLC，由PLC判断是否合格。

验证过程发现：当定位销直径相对定位孔直径≤－0.1mm时，对于螺柱的尺寸测量稳定性无明显提升；通过调整测量坐标系来源，可将从机器人稳定性及定位销与孔径差异造成误差消除，提高螺柱尺寸测量精度及稳定性。

实施效果

使用大型钣金件上焊接螺柱的尺寸测量方法，在线测量与离线测量一致性对比可达到98%，即在线测量设备可有效且准确测量螺柱实际尺寸，并有效拦截尺寸异常零件。