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3D測(cè)量幫助汽車行業(yè)提高質(zhì)量和生產(chǎn)率

  • 2016-3-24 12:46:38
  • 來源:弗戈工業(yè)在線

對(duì)于汽車制造商來說,重點(diǎn)就在于在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下加快上市時(shí)間或提高生產(chǎn)速度。3D測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于汽車行業(yè)來說并不陌生,下面是汽車行業(yè)的用戶使用3D測(cè)量系統(tǒng)來簡(jiǎn)化工作流程和降低總體成本的五種應(yīng)用方向。

圖1 通過激光掃描技術(shù)將粘土模型轉(zhuǎn)化成CAD模型的數(shù)字化處理

虛擬模型快速成型和逆向工程

盡管出現(xiàn)了3D計(jì)算機(jī)建模系統(tǒng),粘土建模是汽車制造商目前仍在使用的一種方法,從按比例縮小的到全尺寸的車模型,乃至內(nèi)部和各種其他部件的實(shí)體模型(例如車輪、內(nèi)飾部件和方向盤)。

由于設(shè)計(jì)流程可能始于粘土模型,制造商發(fā)現(xiàn)激光掃描技術(shù)非常有用,能夠?qū)@些粘土模型進(jìn)行快速掃描,以便將它們轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)程序,能夠進(jìn)一步評(píng)估或處理的數(shù)字化數(shù)據(jù)。

事實(shí)上,現(xiàn)在已經(jīng)有同時(shí)具備接觸式和非接觸測(cè)量能力的設(shè)備給供應(yīng)商使用,這從根本上將3D建模流程整合為一個(gè)簡(jiǎn)單的步驟。使用便攜式激光掃描頭,用戶可以快速而輕松地實(shí)現(xiàn)粘土模型的數(shù)字化。生成虛擬模型之后,就能將其分發(fā)至各個(gè)部門,以便開展進(jìn)一步評(píng)估和設(shè)計(jì)評(píng)審,例如計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)檢測(cè)、有限元分析(FEA)、風(fēng)洞氣流模擬、碰撞模擬和其他檢測(cè)。

除此之外,一些潛在的問題還能夠在將部件裝配在一起之前就被發(fā)現(xiàn)。在將部件運(yùn)至工廠之前,可以對(duì)部件進(jìn)行虛擬裝配。對(duì)于懷有數(shù)字化工廠愿景的公司來說,這種“虛擬裝配”部件的能力是必須的,這能幫助汽車制造商大大節(jié)省成本。

另外,工程師們經(jīng)常使用3D成像儀從現(xiàn)有的部件上提取CAD數(shù)據(jù),以便使用這些數(shù)據(jù)來復(fù)制產(chǎn)品或修改設(shè)計(jì)。3D成像儀能夠根據(jù)需要被集成到生產(chǎn)環(huán)境,它可以同旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、機(jī)器人或工業(yè)檢測(cè)單元安裝在一起。技術(shù)的進(jìn)步使得測(cè)量設(shè)備供應(yīng)商所提供的3D成像儀能夠進(jìn)行高分辨率掃描,在機(jī)處理數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)際要求使用多成像儀陣列,所有這些都將最大限度地縮短檢測(cè)周期。隨著這類技術(shù)的出現(xiàn),希望找到一種有效的方法來進(jìn)行制程中或近制程檢測(cè)的汽車制造商前所未有地獲得了更多選擇。

圖2 工程師正在使用精密的便攜式FaroArm?檢測(cè)生產(chǎn)夾具

車身和沖壓模具檢測(cè)

乘用車通常由數(shù)百個(gè)沖壓成型的金屬部件組成,其中包括結(jié)構(gòu)部件、內(nèi)飾板以及構(gòu)成汽車外觀的可視面板(例如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、擋泥板、車門、車頂?shù)?。這些部件的可視表面的質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)整車總體美觀性的關(guān)鍵,并且受到制造這些部件的沖壓模具的質(zhì)量的影響。

在制造出合格的面板部件之前,沖壓模具往往要經(jīng)過多次修改。這意味著到準(zhǔn)備用于批量生產(chǎn)時(shí),模具的表面看上去與其初始的CAD模型截然不同。汽車制造商通常需要捕捉修改后的沖壓模具的掃描數(shù)據(jù),以便更新CAD模型來反映這些修改。如果沖壓模具在運(yùn)輸期間以任何方式遭到損壞或改變?cè)倩蛐枰硪粋(gè)模具,就可以很輕松地復(fù)制出第二個(gè)模具。

便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM),例如激光跟蹤儀和關(guān)節(jié)臂,已被證實(shí)在進(jìn)行此類檢測(cè)工作時(shí)能夠?yàn)楣こ處焸兲峁O大的幫助。因?yàn)闇y(cè)試面板和沖壓模具通常比較笨重,所以制造商非常看重線上檢測(cè)能力。不需要將物體運(yùn)送至溫控室進(jìn)行測(cè)量,工程師們只需將便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x帶至生產(chǎn)線即可。這幫助制造商節(jié)省了時(shí)間和人力,而且提高了工作場(chǎng)所的安全性。

圖3 安裝有激光掃描頭的關(guān)節(jié)臂

生產(chǎn)夾具檢測(cè)

生產(chǎn)夾具被用來牢牢地固定和控制工件的位置,以便使工件保持特定的方位。通過控制好所有自由度,這種工具能夠讓操作人員對(duì)每個(gè)工件一致地完成相同的操作。

設(shè)計(jì)不良的夾具會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線出問題,因?yàn)榧词共考霈F(xiàn)微小的誤差,也能在裝配時(shí)造成較大的麻煩。例如,部件的實(shí)際規(guī)格與設(shè)計(jì)規(guī)格存在細(xì)微的偏差,就會(huì)在焊接過程中導(dǎo)致無法對(duì)準(zhǔn)。這類問題最終可能導(dǎo)致產(chǎn)品被召回或浪費(fèi)時(shí)間(例如:返工、根本原因分析),并使制造商的聲譽(yù)受損。出于上述原因,汽車制造商通常使用可靠的測(cè)量工具來檢測(cè)其生產(chǎn)夾具,以確保所有關(guān)鍵部件的精確定位。這樣,他們就能在生產(chǎn)過程中及早地消除潛在的問題,從而節(jié)省了成本、時(shí)間并避免了聲譽(yù)損失。

用來檢測(cè)生產(chǎn)夾具時(shí),制造商認(rèn)為便攜式3D測(cè)量設(shè)備是一種非常有效的解決方案,主要是因?yàn)楸銛y式3D測(cè)量設(shè)備不僅較為靈活,而且具有很高的精度。如前所述,在檢測(cè)時(shí),工程師們可以將坐標(biāo)測(cè)量?jī)x帶到生產(chǎn)夾具旁,無需將夾具運(yùn)送至位于工廠其他地方的檢測(cè)站。這縮短了生產(chǎn)周期時(shí)間,并最終提高了制造商的生產(chǎn)率。

圖4 利用關(guān)節(jié)臂,通過接觸測(cè)頭測(cè)量汽車座椅的“臀點(diǎn)”

間隙和齊平度測(cè)量

間隙和齊平度測(cè)量是對(duì)汽車裝配線上的制成品進(jìn)行線上檢測(cè)的一種最常用的方法。這種檢測(cè)的目的是檢查緊密相連的兩個(gè)部件之間的水平和垂直距離(例如車門和車身之間的外表面區(qū)域),以確保它們未超出設(shè)計(jì)公差。

這種檢測(cè)對(duì)確定汽車的視覺美觀度來說非常重要,還能夠讓工程師們消除汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生的雜音。汽車制造廠商在控制間隙和齊平度公差方面越來越嚴(yán)格,有些廠商則將公差控制在±0.3?mm以內(nèi)。要達(dá)到這種精度,制造商需要更佳的測(cè)量工具和方法來完成測(cè)量工作,例如具有激光掃描功能的便攜式坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。

FARO? Edge ScanArm HD就是這類型設(shè)備的經(jīng)典款,它安裝有能夠進(jìn)行非接觸式掃描的激光掃描頭。激光掃描是創(chuàng)建用于檢測(cè)或逆向工程的密集點(diǎn)云的一種理想方法,這種方法還能快速地獲取部件的完整表面模型。

該設(shè)備將激光束投射到要檢測(cè)的部件上,部件將激光束反射回掃描儀并由攝像頭進(jìn)行捕捉。利用標(biāo)準(zhǔn)三角測(cè)量法,從而確定和記錄3D位置。通過使激光束移過整個(gè)表面,測(cè)頭能夠捕捉3D形態(tài),以便作進(jìn)一步處理。

圖5 汽車坐椅彩圖,指示與初始CAD模型比較時(shí)測(cè)試件的偏差量

汽車座椅人體工學(xué)

在設(shè)計(jì)汽車座椅時(shí),“臀點(diǎn)”(乘客臀部在理論上的相對(duì)位置)是制造商在滿足設(shè)計(jì)和法規(guī)要求方面格外需要注意的問題。重要的是,制造商必須確保臀點(diǎn)不超出安全公差。便攜式3D測(cè)量系統(tǒng),例如關(guān)節(jié)臂,能夠讓安全工程師快速而輕松地完成檢測(cè)。關(guān)節(jié)臂內(nèi)的編碼器可以確定和記錄球形測(cè)頭在3D空間內(nèi)的位置,并通過軟件報(bào)告測(cè)量結(jié)果。使用由坐標(biāo)測(cè)量?jī)x獲得臀點(diǎn)的坐標(biāo),工程師們就能確定發(fā)生碰撞時(shí)乘客的關(guān)鍵安全因素,并能夠正確地設(shè)計(jì)所需的安全功能。

除“臀點(diǎn)”外,制造商感興趣的另一個(gè)問題是泡沫部件。使用非接觸測(cè)量法,工程師們能夠獲得泡沫部件的掃描數(shù)據(jù),以便進(jìn)行表面偏差分析。利用軟件將檢測(cè)文件和參考文件(初始的CAD模型)進(jìn)行比較并在彩圖上清晰地顯示差異結(jié)果,可以讓工程師們快速地確定超出公差范圍的問題區(qū)域。

顯然,在不同的生產(chǎn)階段中,汽車制造商對(duì)先進(jìn)的測(cè)量工具和方法具有較大的依賴性。測(cè)量技術(shù)在提高制造商的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),必定也會(huì)讓消費(fèi)者受益。當(dāng)汽車行業(yè)隨著市場(chǎng)需求不斷發(fā)展變化時(shí),為其提供支持的工作流程和方法也需要相應(yīng)地發(fā)展和改進(jìn)。如果能夠快速認(rèn)識(shí)到這些變化,測(cè)量設(shè)備供應(yīng)商就能為汽車制造商提供敏捷的、有效的、滿足需求的解決方案。

(管理員)



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