大众集团在白车身制造过程的传统定位方式为：车身升降+ 地面夹具定位的技术，如图1 所示。

白车身在工位间传递通过高速辊床的水平输送动作来实现，当辊床将车身送达当前工位停止位时，辊床下降，将车身放入地面夹具，完成车身定位。工艺过程完成时，辊床将车身抬起输送至下一工位。此种定位方式会产生以下两个方面的损失。

1. 节拍价值率

经过计算，对于60 jph 焊装生产线而言，机械定位过程中的升降动作降低了节拍价值率，从而导致完成同等工作量需要多投入10％的设备。

2. 设备开通率

高速辊床的频繁升降动作会使辊床升降机构和定位夹具产生疲劳缺陷从而产生大量停台。为了消除这些停台对产能的影响，需要在焊装生产线内部增加更多的缓存设施，这一方面需投入大量的缓存投资，同时也会造成在制品的运营成本浪费。因此，寻找一种消除传统机械定位方式缺陷的替代性技术就成为非常有意义的研究方向。

视觉系统工作原理

如图2 所示，利用机器人具有高重复精度的特点，在车身参考位置处示教相关点位并保持传感器与示教点一定距离（L ref），在车身实际位置发生变化时视觉定位系统进行识别，得出新的车身坐标位置（L act），最终与参考坐标位置（L ref）比较求差ΔL ，并引导机器人定位到新的工艺位置，公式如下

：ΔL =L act-L ref式中，L act 表示实际车身位置坐标；L ref 表示参考车身位置坐标；ΔL 表示车身坐标偏移量。

整个视觉系统由4 个相机模组构成，每个相机模组通过扫描获取一个车身RPS 参考坐标点的三维坐标，通过3 个有效的RPS 位置坐标即可确定车身位置坐标。4 个相机模组其中一个为冗余模组，可增加过程可靠性。

测试内容和结果

1. 测试平台

对一汽- 大众某焊装车间下部补焊工位进行改造，使该工位既可作为视觉技术测试平台，也可还原成原生产状态。改建工作涉及硬件安装、PLC 组态、机器人配置、视觉系统标定及配置、相机模板配置和PLC 程序及系统接口定义等。

2. 测试内容和结果

将从开通率、重复精度和焊接质量影响三个方面对新的视觉定位系统进行检验评价。

（1）节拍价值率与设备开通率测试

1）节拍价值率

如图3 所示，经过实测，应用视觉定位技术的工位，辅助时间可以降低4 s，经过计算，节拍价值率可以达到84.3％，高于传统方式的75.6％。

2）设备开通率

通过对视觉系统识别成功率的记录和统计来计算设备开通率，视觉系统识别状态如图4所示。

经过5 万次车身识别测试统计，成功率为99.996％，失败率仅为0.004％。据此计算，视觉系统开通率为99.972％，而机械定位方式开通率为99.77％，视觉定位技术停台时间约为机械定位方式的1/10。

（2）精度测试

1）千分表有限样本检测

将千分表固定于机器人TCP，车身置于初始位置时调整机器人使千分表置于图示中三个方向的测量点，并将千分表置零。

当车身在规定范围内移动停止后，视觉系统识别车身PRS 并计算新坐标位置，将偏移量传递给机器人引导千分表重新抵达测量位置，读取千分表读数，即为系统识别误差。经过105 组测量，结果如表1 所示。

2）激光测距仪批量检验

车身上选择4 个测试点，在批量生产中进行重复精度的检验（连续测量超过2 万台车）。通过激光测距仪进行无接触式测量，测量统计结果最大偏差低于2 mm。

3）焊点波动范围比对测试

在车身上分别通过机械定位和视觉定位各实施一处焊点，经过超过3 000 次测试记录，对比两种定位方式产生焊点的波动范围，结果如图5 所示，采取视觉系统定位实施的焊点散布区域与机械定位焊点基本一致。

（3）焊枪平衡力测试

通过车身位置偏移来测定焊枪平衡力的影响。经过测试，可以得出在±5 mm 的偏移范围内，焊枪始终会产生有效的平衡力影响。相关测试如图6 所示。

结论

视觉定位系统具有较高的定位精度和稳定性，满足点焊工艺对于位置精度和质量的要求。同时，此项技术的采用也可有效提升节拍价值率和设备开通率，大幅降低生产设备投资和维护成本，是一种极具推广前景的基础型智能化制造技术。