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本文概要

API品牌推出的動(dòng)態(tài)9D激光雷達(dá)（9D LADAR），大幅提升了原基于常規(guī)激光雷達(dá)（Laser Radar）對(duì)白車身進(jìn)行非接觸檢測(cè)的效率，在速度、精度、靈活性、便攜性、重復(fù)性等諸多方面的性能都有令人信服的優(yōu)異表現(xiàn)。

生產(chǎn)中遇到的問題

伴隨著人類文明與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)步入了嶄新的階段。為生產(chǎn)出更加優(yōu)秀的汽車產(chǎn)品，對(duì)于汽車制造工藝的要求持續(xù)上升。制造過程中，更小的公差，更高的效率，都是現(xiàn)階段汽車制造工藝的要素。根據(jù)弗諾斯特沙利文公司（Forest & Sullivan）2019年《白車身在線檢測(cè)的范式轉(zhuǎn)變（A Paradigm Shift of In-Line Inspection in Body-in-White）》中，97%的行業(yè)抽樣受訪者認(rèn)為：內(nèi)部效率的提升是工業(yè)4.0體系的關(guān)鍵因素。

其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)即尺寸檢測(cè)工藝。行業(yè)內(nèi)正在推進(jìn)于裝配線上對(duì)行進(jìn)中的白車身進(jìn)行測(cè)量的概念。這一概念的提出，意味著數(shù)以百計(jì)的高精度測(cè)量將在生產(chǎn)線上快速完成，而整個(gè)檢測(cè)過程不耽誤生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)。這對(duì)檢測(cè)工藝而言，是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

弗諾斯特沙利文公司（Forest & Sullivan）在對(duì)尺寸計(jì)量系統(tǒng)的分析表明，激光雷達(dá)（Laser Radar）技術(shù)是提供白車身在線檢測(cè)的“同類"技術(shù)。其表示:“激光雷達(dá)（Laser Radar）是一種全自動(dòng)、多功能的系統(tǒng)，將非接觸式測(cè)量引入生產(chǎn)線。系統(tǒng)可以無目標(biāo)運(yùn)行，同時(shí)以很高的精度進(jìn)行檢測(cè)。這是一種新穎的方法，對(duì)表面和特征細(xì)節(jié)都有較好的測(cè)量能力，其功能可實(shí)現(xiàn)白車身所有尺寸檢測(cè)需求。激光雷達(dá)（Laser Radar）測(cè)量系統(tǒng)在諸多方面都較傳統(tǒng)的三坐標(biāo)（CMM）測(cè)量機(jī)或其它測(cè)量設(shè)備具有優(yōu)勢(shì)，尤其在便捷性和效率方面。"

API一直以來都在密切關(guān)注行業(yè)對(duì)于白車身在線檢測(cè)的概念和目標(biāo)，并通過大量的行業(yè)內(nèi)的調(diào)查與交流，獲悉目前的激光雷達(dá)（Laser Radar）測(cè)量技術(shù)還無法真正實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)的目標(biāo)，隨即基于品牌近40年在高性能傳感器、高精密尺寸測(cè)量領(lǐng)域的積淀、以及針對(duì)性地結(jié)合業(yè)內(nèi)的實(shí)際需求，開發(fā)了全新的動(dòng)態(tài)9D激光雷達(dá)（9D LADAR），在精度、效率、靈活性、重復(fù)性等諸多方面都較傳統(tǒng)激光雷達(dá)（Laser Radar）有大幅的提升和進(jìn)步，為汽車制造商提供了更接近于行業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量解決方案。

圖1：API 9D激光雷達(dá)白車身檢測(cè)作業(yè)中

突破性尺寸測(cè)量解決方案

API品牌9D激光雷達(dá)（9D LADAR）采用了光頻域干涉測(cè)量技術(shù)（OFCI – Optical Frequency Chirping Interferometry），可適用于在車間、實(shí)驗(yàn)室、野外等多種環(huán)境及復(fù)雜工況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件或目標(biāo)物的非接觸精準(zhǔn)測(cè)量，擁有的測(cè)量精度、以及超凡的測(cè)量效率，可迅速捕獲工件尺寸及表面幾何數(shù)據(jù)。

基于OFCI技術(shù)的9D激光雷達(dá)，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生廣譜光學(xué)干涉、探測(cè)干涉信號(hào)并實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，其靈敏度較常規(guī)激光雷達(dá)提升超過100倍，故而可提供較常規(guī)激光雷達(dá)更高的測(cè)量精度和更佳的測(cè)量效率。9D激光雷達(dá)提供微米級(jí)別的測(cè)量精度、20kHz的數(shù)據(jù)采集速率，并在測(cè)量時(shí)不易受到外部環(huán)境的影響，有效避免了常規(guī)激光雷達(dá)使用中受材料反射率影響大、入射角度范圍有限、易受環(huán)境噪聲影響等問題。

9D激光雷達(dá)相較常規(guī)激光雷達(dá)的技術(shù)提升

1、速度：9D激光雷達(dá)（9D LADAR）以每秒20,000點(diǎn)的速度采集測(cè)量數(shù)據(jù)，掃描速度達(dá)到了0.2秒/厘米2。而目前已知常規(guī)激光雷達(dá)（Laser Radar）僅擁有1,000點(diǎn)/秒的采數(shù)速率和1秒/厘米2的掃描速度。

2、精度：9D激光雷達(dá)的3D測(cè)量精度為25μm+6μm/m，而常規(guī)激光雷達(dá)的3D精度為20μm+14.5μm/m。

3、靈活性：9D激光雷達(dá)擁有水平±320°的轉(zhuǎn)角范圍，且入射角≥85°；常規(guī)激光雷達(dá)則通常只具備水平±180°水平轉(zhuǎn)角范圍及45°的入射角。

4、便攜性：9D激光雷達(dá)設(shè)計(jì)緊湊，采用集成式控制箱，整機(jī)重量?jī)H10.4千克；而常規(guī)激光雷達(dá)重量往往達(dá)到30千克級(jí)別，且?guī)в幸粋€(gè)額外的外部控制箱。尺寸方面，9D激光雷達(dá)也較常規(guī)激光雷達(dá)更為小巧，更加方便加載于工業(yè)機(jī)器人和龍門三坐標(biāo)或集成在生產(chǎn)線。

5、重復(fù)性：9D激光雷達(dá)的重復(fù)性平均誤差為35μm，常規(guī)激光雷達(dá)為150μm。

圖2：集成于白車身生產(chǎn)線的API 9D激光雷達(dá)

解決常規(guī)激光雷達(dá)在生產(chǎn)中遇到的問題

實(shí)際生產(chǎn)中，一輛白車身的測(cè)量，往往需要有數(shù)百個(gè)必須檢測(cè)的位置，而常規(guī)激光雷達(dá)（Laser Radar）測(cè)量技術(shù)在某些環(huán)節(jié)中，由于其自身功能和特征的限制，無法達(dá)到的測(cè)量效果，9D激光雷達(dá)（9D LADAR）的問世，在以下方面克服了常規(guī)激光雷達(dá)在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題：

問題一：測(cè)量中，常規(guī)激光雷達(dá)每次移動(dòng)發(fā)生位置變化，就必須重新定位自己相對(duì)于白車身的位置，基于其性能，這個(gè)定位過程的實(shí)現(xiàn)較為繁瑣，并需要頻繁配合掃描“定位球"來實(shí)現(xiàn)，由此才可以繼續(xù)針對(duì)目標(biāo)白車身實(shí)施精準(zhǔn)測(cè)量。而9D激光雷達(dá)基于其自身的原理和優(yōu)異的性能，讓繁瑣的定位過程大大簡(jiǎn)化、甚至避免定位球的使用（Radian激光跟蹤儀配合實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位）。

問題二：常規(guī)激光雷達(dá)技術(shù)的問題是掃描速度，目前的常規(guī)激光雷達(dá)系統(tǒng)掃描速度僅為每秒1,000點(diǎn)，而API 9D激光雷達(dá)的掃描速度則可達(dá)到每秒20,000點(diǎn)，在效率上解決了常規(guī)激光雷達(dá)相對(duì)測(cè)量速度較慢的問題。

問題三：入射角能力。目前的常規(guī)激光雷達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)45°入射角的精確測(cè)量；而9D激光雷達(dá)可以精確測(cè)量入射角超過85°的零件。這就意味著，與常規(guī)激光雷達(dá)相比，9D激光雷達(dá)移動(dòng)更少的位置就可以測(cè)量同樣多的數(shù)據(jù)。

圖3：基于Radian激光跟蹤儀實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的API 9D激光雷達(dá)白車身測(cè)量作業(yè)中

9D激光雷達(dá)與6自由度激光跟蹤儀聯(lián)合解決方案

在針對(duì)有測(cè)量精度需求的作業(yè)中，可以使用同為API品牌旗下的9D激光雷達(dá)與Radian激光跟蹤儀相配合的解決方案（如圖3示意），利用9D激光雷達(dá)高效、非接觸的掃描功能獲取大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)，使用Radian激光跟蹤儀為9D激光雷達(dá)提供實(shí)時(shí)跟蹤定位。如此，既快速高效地獲得了大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，又同時(shí)擁有無限精確的機(jī)器人姿態(tài)，真正做到了高精度與高效率兼得。

結(jié)論

憑借更快的掃描速度、范圍更大的入射角、更高的數(shù)據(jù)采樣速率，使用API 9D激光雷達(dá)（9D LADAR）進(jìn)行白車身測(cè)量作業(yè)，可較使用常規(guī)激光雷達(dá)（Laser Radar）的工作效率提升4倍甚至以上；在有測(cè)量精度需求時(shí)，還可配合API Radian激光跟蹤儀進(jìn)行全局實(shí)時(shí)跟蹤定位掃描測(cè)量，在高效檢測(cè)的同時(shí)，保障測(cè)量的高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)，提供的測(cè)量精度保證。

圖4：API公司總部大樓

關(guān)于API

API品牌由Kam Lau博士在1987年創(chuàng)立于美國馬里蘭州的羅克韋爾，是激光跟蹤儀的，同時(shí)持有多項(xiàng)測(cè)量科技的，是精密測(cè)量科技領(lǐng)域的者；API自成立以來，始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測(cè)量?jī)x器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各國的*制造領(lǐng)域，并在坐標(biāo)測(cè)量和機(jī)床性能測(cè)試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于地位。