光笔三坐标测量系统在汽车制造业中的应用

光笔三坐标测量系统可以快速有效地保证对控制精度的工装及零部件本身的精度进行测量，通过稳定有效地检测数据的输出，对汽车制造业的发展起到了积极的促进作用。本文对光笔三坐标测量系统的结构、原理、应用范围以及系统特点进行了详细介绍。

对于现代化的汽车企业来说，能够有效地缩短新车型的开发周期，又快又好地制造出符合设计要求的产品，是企业最核心的竞争力。针对这种需求的出现，适用于生产现场的快速、精确和便捷的大尺寸测量手段应运而生。经过几代产品的变革，一系列光电式三坐标测量系统应运而生，光笔三坐标测量系统的也伴随着汽车行业中的广泛运用而显得尤为重要。

光笔三坐标测量系统

1.系统组成

光笔三坐标测量系统主要由传感器系统（相机）、采点系统（碳纤维测量光笔及测针）以及电脑与测量软件组成。在光笔的笔身上，至少装有3个点光源（发光二极管或回光反射标志点）以及一个专用于接触式测量的球形测头。

2.工作原理

光笔测量仪采用精确的摄影测量技术，相机通过测量镶嵌在光笔上的多个红外发光二极管（LED）的坐标，得到测量光笔在空间的位置和姿态，光笔三坐标测量系统工作原理如所示。由于光笔底端的测针经过精确校准，与光笔的几何关系惟一确定，被测点的三维坐标就可以精确计算出来。

3.系统特点

光笔三坐标测量系统能提供最精确的测量方案、完整及强大的检测方案以及快速易掌握的测量方案，是真正的便携式设备。其具体优势体现在如下几个方面：

（1）测量精度高 作为一套基于摄影测量技术的光学坐标测量系统，光笔测量仪可以实现30m的大范围测量。采用专利的图象处理与相机校准技术，空间长度测量精度可达22mm，具备动态参考模式、快速校准功能、自动对齐功能及连续监控参数。

（2）测量速度快 光笔三坐标测量系统硬件设备为手持，无臂式设备，可进行无线数据传输，使用光学反射靶自动对齐实现同一批产品的快速测量。

（3）轻便易携带 便携性好，适合车间现场使用。整套设备（含电脑）装在一个长1m的拉杆箱内，质量不超过30 kg。进行测量作业时，将相机放置在工件附近连好电缆，打开电脑即可开始测量，不需要设备预热等准备工作。光笔质量约450g，非常轻便。

（4）良好的扩展性 光笔三坐标测量系统可动态扩展测量范围而不会降低精度，无需采用蛙跳法测量，也无需额外手动对齐设置，使用者移动部件无需重新对齐数据，从而减少重新建立坐标参考系的次数，减小累计误差。

光笔三坐标测量系统应用范围

光笔三坐标测量系统应用广泛，可实现部件与CAD图样的对比分析、3D模型对比原件及生产工装的一致性评估、加工产品与原件的一致性评估、工装的检测和调整以及几何实体的逆向工程（包括球体、圆柱体和平面等）。

该设备在汽车工业中的应用尤为广泛，一般应用在车身工装的检测、焊装夹具检具的检测、钣金件夹具的控制、内饰件及夹具的检测、汽车地盘的控制、汽车零部件的检测、车灯的控制和制动系统部件的控制上。

实际操作流程主要分为检测汽车工装安装基板的平面度，建立需检测工件的坐标系，然后检测工装各控制型面和定位销，通过多次检测并进行数据对比确定工装夹具的重复性，最后将部件在工装夹具上装夹好后，对零部件进行测量，并与CAD模型进行实时比对，确认零件的符合性。

光笔三坐标测量系统的优势

传统的测量臂三坐标测量系统包括第一代固定式三坐标测量系统和第二代关节臂三坐标测量系统，两代测量系统受工作现场操作环境影响较大（包括温度、湿度等），导致测量精度降低，日常机械维护及磨损使得维护成本较高；同时空间移动受限制，便携性较差，操作性上也不符合人体工程学，断光续接难度大，测量死角较多。与之相比，第三代光笔三坐标测量系统具有明显优势，具体表现在以下几个方面：

1.精度对比

光笔三坐标测量系统单点重复精度可达0.025mm，空间精度可达0.085mm，测量速度为30点/s，可同时满足静态和动态测量模式，而固定式三坐标测量系统空间精度仅为（3+4L/1000）um，且只能满足静态测量模式，关节臂式三坐标测量系统精度与光笔三坐标测量系统可以保持一致，但也仅限于静态测量模式。

2.测量范围对比

固定式三坐标测量系统测量范围由测量轴行程决定，一般只能专机专用；关节臂三坐标测量系统测量范围受制于关节臂长度，一般为2.4m、3.0m或3.6m等规格，用于小型物件的测量，如果实现“蛙跳”扩展测量，会造成精度损失。光笔三坐标测量系统无空间限制，可快速实现“蛙跳”扩展测量，精度不受影响。

3.使用维护对比

固定式三坐标测量系统需提前半小时预热，需将被测物体放置于机台上固定，不能自动识别测针，需要机械维护且易磨损，设备需厂家定期校准。关节臂三坐标测量系统体积大，使用时需配重型三角架或磁力吸盘实现稳定，不能快速安装，不能自动识别测针，搬运及组装过程中易发生磕碰损坏，设备需厂家定期校准。而光笔三坐标测量系统无线无臂，安装时间短，无需预热，无任何机械的磨损和连接，可自动识别测针，设备可自行校准，比较起来维护成本较为低廉。

结语

伴随汽车工业的不断发展，整车的品质要求不断提高，对白车身及零部件的制造精度，提出了更高的要求，严把质量关的检测系统必不可少。光笔三坐标测量系统可以快速有效地保证对工装夹具及零部件本身的精度进行测量，稳定有效地输出检测数据，对汽车工业的发展起到了积极的推进作用。

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