視比特機械臂3D在線測量系統(tǒng)：應對中大尺寸工件柔性測量的解決方案

中大尺寸工件的柔性測量在現(xiàn)代制造業(yè)中面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于中大尺寸工件的設計特性，測量點位多而分散，且精度要求極高，這使得多種類中大尺寸工件的柔性測量變得尤為困難。傳統(tǒng)的測量方式不僅測量節(jié)拍慢，效率低下，而且無法滿足在線全檢的需求，嚴重影響了生產(chǎn)的整體效率和產(chǎn)品質(zhì)量管控的提升。

      在市場需求逐步擴大及亟需技術革新的背景下，隨著視覺技術的深入發(fā)展，機器人結(jié)合高精度視覺技術成為解決柔性測量難點的關鍵技術。通過機器人的靈活操作和視覺系統(tǒng)的高精度識別，可以實現(xiàn)對復雜工件的多點位快速測量，同時確保測量的準確性和穩(wěn)定性。這種技術的應用不僅提高了測量效率，還實現(xiàn)了在線全檢，為制造業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

機械臂3D在線測量系統(tǒng)

△機械臂3D在線測量系統(tǒng)

      視比特推出了基于3D視覺技術下的柔性尺寸測量系列產(chǎn)品，其中，本文介紹的主角——機械臂3D在線測量系統(tǒng)，主要面向加工制造組裝過程中工件的在線全尺寸測量場景，包括汽車整車車身、車輛零部件和各類結(jié)構件等。自研數(shù)字孿生虛實映射、跨機械臂協(xié)同測量、長周期誤差校準等核心技術，實現(xiàn)對各類被測部件中多種特征的高精度檢測定位和不同大小工件的在線全尺寸測量，有效解決了生產(chǎn)制造過程中對全部工件進行尺寸檢測和質(zhì)量監(jiān)控的難題。

      本產(chǎn)品支持不同種類工件（包括曲面、弧形、齒狀）的柔性化測量和后續(xù)新型號工件的增加，在制造生產(chǎn)行業(yè)及場景中，具備精度高、節(jié)拍快、應用廣的優(yōu)勢。

△SPEEDBOT 3D結(jié)構光相機（SPEED-S150R）

      機械臂3D在線測量系統(tǒng)充分展現(xiàn)了柔性測量的卓越性能，它能夠滿足任意空間位置的測量需求，并涵蓋孔徑、位置度、平面度、面/線輪廓度、線性距離、同軸度以及錯漏裝等多種特征測量。在單個機械臂的配置下，本系統(tǒng)能夠達到120s/㎡以內(nèi)的測量節(jié)拍。同時，視比特自研高精度全局標定技術，克服了機器人絕對定位誤差，測量精度（三坐標單方向相關性）最高可達0.15mm（經(jīng)多個客戶三坐標實測對標），確保了測量結(jié)果的準確性。此外，系統(tǒng)還能根據(jù)被測工件的體積，靈活適配機器人型號，提供了極大的測量靈活性，實現(xiàn)了柔性測量。

核心技術

      機械臂3D在線測量系統(tǒng)能夠為用戶提供精準、高速、穩(wěn)定的柔性測量解決方案，主要基于視比特配置的兩大核心技術：

      抗反光成像及高精度特征提取

      機械臂3D在線測量系統(tǒng)配備了高性能的SPEEDBOT 3D結(jié)構光相機（型號：SPEED-S150R），該相機內(nèi)置藍色光源，獨具抗反光特性。在金屬表面檢測應用中，它能夠有效地克服反光問題，完整捕捉反光金屬表面的3D信息。這一特性有助于提升系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。

      并且，本系統(tǒng)充分利用了相機的高精度特性，結(jié)合多材質(zhì)高精度成像技術和專業(yè)的特征提取算法，確保了多種類特征的測量重復性精度可達到0.08mm以內(nèi)。特別是對于工件中諸如螺紋孔、倒角孔、非完整孔等復雜特征，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地進行成像和測量，確保測量結(jié)果的一致性和可靠性。

△多種復雜特征的穩(wěn)定成像

      高精度全局標定及自研精度校準

      針對大尺寸測量工件（如整車車身），當單機器人的物理臂展不足以覆蓋全部測量范圍時（或工作效率落后），本系統(tǒng)采用多機器人協(xié)同工作的策略，并且結(jié)合多點位全局標定技術，這種協(xié)同模式能夠確保測量的高精度、高效率，并實現(xiàn)在線全檢，從而滿足復雜測量任務的需求。

      并且系統(tǒng)融合了長周期誤差校準技術，通過設立外部校準裝置，確保在長時間工作狀態(tài)下，系統(tǒng)仍能保持測量的穩(wěn)定性和準確性。

軟件系統(tǒng)

      在以往生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，測量數(shù)據(jù)的回溯曾是傳統(tǒng)測量技術面臨的一大挑戰(zhàn)，為此，視比特研發(fā)配置了柔性在線測量系統(tǒng)軟件。其核心優(yōu)勢在于，測量結(jié)果以高清晰度的3D可視化形式呈現(xiàn)，使得工件尺寸數(shù)據(jù)一目了然，軟件界面還能實時更新最新的測量數(shù)據(jù)，確保信息的實時性和準確性。在測量完成后，軟件自動生成詳盡的結(jié)果分析報告，這些報告為工藝改進提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

△柔性在線測量系統(tǒng)軟件

△測量系統(tǒng)中輸出結(jié)果分析報告

應用案例

      機械臂3D在線測量系統(tǒng)已廣泛應用于汽車主機廠及車輛零部件廠商。

      2023年12月正式投用于國內(nèi)某汽車零部件制造工廠，成功實現(xiàn)客戶要求的檢測特定位置的孔徑、孔距、位置度、平面度、輪廓度，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)可視化，助力客戶實現(xiàn)了工件從抽檢到100%全檢的檢測模式升級，避免不良品流出，提高了品質(zhì)管控水平。

      2024年3月正式應用于某汽車主機廠車身在線測量，部署至今，現(xiàn)場工作穩(wěn)定。雙機械臂分別搭載高精度3D相機進行協(xié)同測量，配合數(shù)字孿生虛實映射技術，實現(xiàn)整車車身特征高精度在線全檢并實時輸出測量結(jié)果。

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關鍵詞：測量,系統(tǒng),在線,技術,3D