张昕，刁统武，何文斌

中国重型汽车集团有限公司 山东济南 250031

提高驾驶室白车身尺寸精度对一辆汽车的整体性能与质量具有重要意义。现阶段对于车身尺寸检测控制主要通过三个重要环节进行，即生产加工上线前产品部件尺寸检测、生产过程工装检具控制检测和车身下线全尺寸检测。而车身下线全尺寸检测最能体现车身的整体尺寸状态，能够反映车身全部关键尺寸、安装点的精度生产保证能力，是衡量产品尺寸质量水平的重要指标。

目前车身下线全尺寸检测主要通过两大类测量工具。

一类为视觉追踪、光感扫描类检测仪器（见图1）。利用光学影像技术，获取工件的二维影像，再进行精密测量。其优点为检测速度快、操作方便，无需与测量品接触，使用寿命长。缺点为光感干涉处无法检测，检测死角多，灵活度较差，检测精度低于指针式接触检测。适用于结构简单表面检测，存在较大局限性。

图1 光感扫描仪

另一类为悬臂式三坐标测量机（见图2）。悬臂式三坐标测量机精度高，可以达到 1μm，甚至更高。几乎所有类型的尺寸测量，三坐标测量仪都可以进行测量，通过构造特征，更是可以对平面度、圆度、同心度等进行检测。三坐标测量仪使用的pc-dmis软件，可以导入CAD数模进行脱机检测，具有测量速度快、效率高等优点，最适合测量驾驶室外表面结构。缺点是内部悬臂不可达的地方无法检测，该测量设备也是现在机械加工制造应用最广泛的检测设备之一。

图2 悬臂指针式三坐标检测仪

三坐标检测平台

1.三坐标检测平台的基本设计原理

三坐标检测仪器检测原理为获取三维坐标值，确认检测点的空间位置，故需要确定一空间“基准点”（或零点），所有检测尺寸均围绕此基准点空间坐标比对参照，确认距离此点的相对位置，以此确认被检测点是否在要求位置区间。同时在检测过程中，检测样件如若发生移动，则与坐标“基准点”失去关联参照关系，前期检测数据则不再具备参考价值，需全部作废，重新检测。同时对于每次建立坐标“零点”不同，被检测点的空间坐标数值也不相同。故为了消除上述情况，形成易于追溯的历史数据，提高检测精度、检测速度和检测过程稳定性，三坐标检测平台应运而生，与三坐标检测设备紧密捆绑在一起，不可分割。

2.三坐标检测平台的基本构造

三坐标检测夹具平台主要由工作检测平台、白车身定位点、坐标基准点三大部分组成（见图3）。检测平台作为整体承重平台及白车身定位的安装面，必须保证足够的强度及结构稳定性，重心低且框架设计板材较为厚重。

图3 三坐标检测夹具平台结构

定位点是根据所检测车身的整体结构作为切入点分析，以白车身底部纵梁定位孔为基准，在检测平台设计对应的定位点和白车身支撑点，在检测白车身时，白车身底部纵梁定位孔落位于检测平台的定位点，以此限制车身位置，一般定位点均建立于白车身的工装夹具主定位点，保证检测定位与生产过程主定位为同一定位基准，从而保证检测精度及数据稳定性、一致性及可参考性。检测平台上都会在设计初期，选取若干个固定检测基准点，会明确标明此处X、Y、Z三向空间坐标，空间坐标基准点可以帮助检测仪器快速确认空间坐标“零点”，从而保证检测数据的准确性。

白车身三坐标检测平台技术进化过程

1.固定式定位结构三坐标检测平台

固定式定位结构三坐标检测平台（见图 4），即夹具定位基准系统为固定式结构设计，夹具利用率为20%，结构简单、体积小、成本较低，整体结构刚性好，使用寿命更长，其固定式结构不会存在定位基准偏移从而影响检测精度的情况，故检测精度及稳定性更好，组件不易损坏，适合质量大的产品检测要求。

图4 固定式定位结构三坐标检测平台

固定式定位结构三坐标检测平台的X、Y、Z三向基本无可调整空间，适用于围绕单一系列车型进行设计及使用。而现行业内加工产线均面对多款甚至十几款不同基础车型，固定式定位结构三坐标检测平台的局限性被逐步放大。每一款基础车型都需设计加工一个专用固定式定位结构三坐标检测平台，设计加工成本加重。在检测不同车型时，需要频繁转运替换专用检测平台，造成大量转运时间浪费，同时多个检测平台的定置存放，会占用一定空间资源，维护保养工作量大，存在多重浪费。固定式定位结构三坐标检测平台难以满足中型或大型机械制造企业的生产加工模式，无法满足检测车型快速切换检测要求，适合于产品款式单一的小型生产单元。

2.翻转式（滑动式）定位结构三坐标检测平台

翻转式（滑动式）定位结构三坐标检测平台（见图5）相对于固定式定位结构三坐标检测平台，其主要突破点在于平台夹具上安装多个车型的检测基准定位，针对不同系列车身产品的不同结构，设计不同的检测定位基准，均安装于检测平台之上，通过气缸（或手动）翻转（或滑动）检测定位基准实现不同车型检测。

图5 三坐标检测平台

翻转式（滑动式）定位结构三坐标检测平台夹具定位基准系统，理论上可满足多款车型的检测需求，降低空间资源浪费，提升检测速度。但其结构相对复杂、组件较多且装配位置紧密，限制了其检测车型的数量，一般只可以满足 2～3 款基础车型的检测要求，夹具利用率约为 30%～50%，存在一定检测局限性。同时因检测夹具无法全部同时使用，共用性不足，安装多套定位夹具及气缸等组件，成本较高，整体结构刚性适中。

翻转式（滑动式）定位结构三坐标检测平台虽然在检测数量方面存在一定检测局限性，但不可否认是三坐标检测平台设计思路的创新突破，由固定单一式检测平台向柔性化结构检测平台进化提升，为后续的旋转式和多轴式三坐标检测平台设计提供了重要参考和借鉴价值，起到了非常关键的过渡作用。

3.旋转式定位结构三坐标检测平台

旋转式定位结构三坐标检测平台（见图 6）充分传承了翻转式（滑动式）检测平台的柔性设计理念，同时将车型切换由原来的气动或手动切换发展到电气自动切换，突破检测基础车型数量受限的瓶颈，其将翻转式（滑动式）定位结构优化为风车旋转式结构。

图6 旋转式定位结构三坐标检测平台

旋转式定位结构三坐标检测平台摈弃了翻转式定位基准气缸（手动）检测车型切换模式，而是应用电气程序控制装置，根据需要检测的车型，使用电动机旋转实现定位基准的切换。因其结构设计及旋转过程类似风车旋转，故也叫做风车式定位结构三坐标检测平台。

旋转式定位结构三坐标检测平台相对于翻转式定位结构柔性化检测水平实现较大提升，可满足4～10 款检测基础车型的检测切换，切换速度大幅提升，减少了检测平台的空间占用，虽结构相对复杂，设计加工成本略高，无法实现同一定位结构的共用性，且仅适合于车型定位基准位置距离近，车型相似度的车型切换设计，但 4～10 款基础车型的检测切换完全可满足中型生产加工单位的检测需求，夹具利用率约为75%，是目前行业比较普遍应用的一款白车身多车型共用三坐标检测平台。

4.拆装式定位结构三坐标检测平台

为了继续增加三坐标检测平台可切换检测车型数量，减少转运替换平台的频次，降低对于三坐标检测平台的设计加工成本费用，拆装式定位结构三坐标检测平台可满足这一使用需求（图 7），其主要特点为在检测平台上设计多处夹具基座及定位夹具安装点，根据各种车型设计其专用的夹具组合单元，当需要进行车型切换检测时，在无需转运替换检测平台的情况下，将原夹具定位单元拆除，重新装配需切换检测车型适配的夹具定位组合进行替换，其检测车型数量可根据车体定位要求加工对应的车体定位基准。同时存在共用夹具和专用夹具，利用率约为 90%，切换柔性高，夹具的空间占用率低。但频繁的拆卸及装配过程费时费力，易导致装配安装点疲劳损伤，降低其使用寿命，在测某一款车身时，其余夹具处于闲置状态，夹具使用率低，且拆装过程大多为人工方式，自动化程度低，适用于大体积、结构简单车身的检测工作。

图7 拆装式结构三坐标检测平台

5.三轴式定位结构三坐标检测平台

翻转式、旋转式及拆装式定位结构相对于固定式定位结构，虽然检测柔性提升，可实现多款基础车型的快速切换检测，但是同一组定位在X、Y、Z三维空间内仍无可调节空间，均未摆脱一款车型对应一组夹具定位的限制，从而导致检测平台可切换检测车型的数量受限，三轴式定位结构三坐标检测平台区的设计出现彻底打破了这一行业瓶颈。

三轴式定位结构在规定空间内可实现无数个空间坐标点，其定位检测精度高、灵活度更高，但其采购成本、维护成本更高。随着自动化、信息化、智能化的运用，目前三轴结构三坐标检测平台逐步投入到自动化生产线检测使用。

三轴式定位结构三坐标检测平台（见图 8）彻底打破一款车型对应一组夹具定位的瓶颈，一组夹具分别增加X、Y、Z三向移动模块设计，针对不同车型的检测基准，检测定位夹具可实现X、Y、Z三向可活动调整（见图 9），在X、Y、Z三向要求范围内，理论上定位点可移动到任意位置，任何车型结构均可检测。但是每一组定位点存在无限种移动空间位置，如何保证准确移动到需求位置是最大的控制难点。这则需要检测平台增加智能化控制设计，通过智能化程序控制每款车型检测时，定位点自动在X、Y、Z三向移动，到达准确位置，所以三轴/多轴定位结构三坐标检测平台是一款智能化的三坐标检测平台。

图8 三轴式定位结构三坐标检测平台

图9 三轴夹具定位原理示意

三轴式定位结构三坐标检测平台在实际使用过程中，检测车型可达N种，定位点可快速到达任意要求位置，实现了一组定位可满足多款基础车型的检测需求。其定位夹具数量较少，结构简单，车型切换速度快，灵活度非常高，夹具空间占用率低，夹具利用率100%，消除了多平台设计、车型切换转运替换等资源浪费。但是因其柔性过高，结构装配点较多，频繁切换检测车型，为保证其使用寿命，其结设计及制造加工要求更高，设计与加工成本高。

结语

三坐标检测平台的定位结构由固定式、翻转式、旋转式、拆装式再到三轴式的发展历程，其优缺点对比见表1，实现了检测切换车型由1款到N款的突破，是其检测柔性和灵活度的进化过程，反映出车身制造行业的产品多样化、个性化的发展趋势以及对于尺寸控制工程的高度重视。在策划设计三坐标检测平台时，要充分分析生产加工现状及检测需求，从切换检测车型、夹具利用率、使用周期及寿命、切换柔性及后期可改造空间等因素综合考虑，毕竟各种定位结构的检测平台均具有其独特的优势与局限性，但其设计核心均在于提供稳定且精准的定位限位点，通过车身的尺寸精度进行准确的测量，满足不同检测产品与切换模式需求。

表1 各定位结构三坐标检测检测平台优缺点对比