三坐標測量在虛擬裝配上的應用

陳細勇 劉小銳 聶小軍 葉領升

摘 要：利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計及操作的正確與否，以便及早的發現裝配中的問題。文章以汽車零件裝配為例說明，三坐標測量技術應用于整車裝配分析中，應用測量數據進行虛擬裝配分析，快速、直觀的分析出零件裝配中如干涉，過約束變形等不良。

關鍵詞：便攜式三坐標測量機;虛擬裝配;裝配變形分析

中圖分類號：U270.6+6 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-172-04

The Application of CMM in Virtual Assembly

Chen Xiyong，?Liu Xiaorui，?Nie Xiaojun，?Ye Lingsheng

（Guangqi Honda Automobile Co. Ltd.，?Technology Department，?Product Technology Section，Guangdong Guangzhou 510700?）

Abstract：?By using virtual assembly， the correctness of assembly design and operation can be verified， so that problems in assembly can be found early. This paper takes the automobile parts assembly as an example to illustrate that CMM technology is applied in the whole vehicle assembly analysis， and virtual assembly analysis is carried out with the measured data to quickly and intuitively analyze the parts assembly such as interference， over-constrained deformation and other defects.

Keywords： Portable coordinate measuring machine; Virtual assembly; Assembly deformation analysis

CLC NO.： U270.6+6 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-172-04

1 引言

隨著汽車制造業的蓬勃發展，消費者對汽車要求日益提高，外觀配合的好壞直接影響消費者的第一印象，為了不斷提高車身外觀品質，滿足顧客需求，便攜式關節臂三坐標測量機憑借其靈活應用的特點及不俗的精度，在行業中的應用越來越普及。本文將結合便攜式三坐標測量機在整車測量使用坐標轉移的方法，探討如何將3D數模上的裝配分析應用于實際零件裝配分析中，提升零件裝配分析能力，達到優化整車檢證的目的。

2 虛擬裝配的作用

虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，對每個單獨零件進行3D模擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發現裝配中的問題，對模型進行修改。

在設計轉變為實物的過程中，重要的一道工序是對3D零件進行虛擬裝配，確定零件在設計階段有無配合方面的問題，如圖1，各零件可通過3D數據裝配在一起，形成整車基準數據。

通過將對應的3D零件圖組合在一起，能檢查出零件間配合是否出現干涉等問題，如圖2。

通過前期3D數據上的虛擬裝配，往往能發現零件本體及零件間配合上的問題，如零件裝配后干涉，零件定位不合理，零件裝配困難等等問題。在模具設計GO前能充分利用3D虛擬裝配修改潛在問題，提前實施設計變更，能降低在試作階段變更設計導致成本上升，長時間對策，影響車型正常量產的問題。

上述說明的均為3D理論狀態下的虛擬裝配，在設計轉變為實物過程中，往往零件的精度與設計存在一定的差異，這種差異往往會導致不良的發生，如行李箱蓋漏水的課題，設計上，3D零件處于理想狀態，虛擬裝配的結果是OK的，如圖3所示。

然而，實際制造過程中由于零件精度差異，導致局部與設計偏差過大，導致不良的發生。如圖4，基準要求11mm，由于零件精度波動，實際間隙已經高達13.4mm，高出基準2.4mm。由于間隙偏大，膠條壓縮力不足，導致漏水。

裝配檢證在解析不良中起重要作用，一般裝配檢證方法分為：零件互換檢證、專用檢證工具檢證、三坐標測量檢證。

零件互換檢證：將帶有數據零件進行換裝，把握零件變化量。適合簡單配合，且容易更換的零件，如圖5尾燈裝配裝配檢證。

零件互換檢證前提是零件裝配過程中不會有形變的發生。如圖6行李箱蓋因涉及彈簧、膠條等因素的影響，在裝配后會與零件單品狀態有一定的差異，使用零件互換的檢證方法會有一定的誤差。

專用工具檢證：如行李箱蓋的裝配檢證可拆分為，檢證外部的配合及內部的配合。外部配合可通過間隙尺，段差計測量，并將測量結果與單品數據進行對比，內部配合通過專用內間隙測量工具或者牙套膏測量，如圖7。優點：測量準備簡單，無需特殊操作，缺點：所測量數據為單點數據，難以做整體把握。

三坐標測量檢證：通過三坐標測量零件數據，分析零件裝配狀態，如圖8。優點：精度準確，能整體體現零件精度狀態。缺點：需要專業操作人員，受空間限制，零件裝配后僅能測量外部數據，內部無法測量。

從上述3個方法確認零件在實際生產中的裝配品質，各有優缺點。其中第三種使用三坐標測量由于受到空間限制，適合的使用場合比較低。本文下面將討論使用一種特殊的測量方法，利用坐標轉移的方式，達到測量零件裝配狀態的目的。

3 三坐標在虛擬裝配應用原理

3.1 三坐標在虛擬裝配中的理論分析

通過三坐標的測量能采集零件實體的數據，如圖9，通過生成的數據可以與3D數據進行對比，得出零件與3D數據之間的偏差，分析出實體零件制造上的偏差，如圖10。

由于受零件結構的影響，部分位置三坐標無法測量，比如大型零件，三坐標不能一次性進行掃描;結構復雜零件，受空間限制無法測量部分型面等，如圖11。

針對三坐標測量受空間或結構等的限制，可以使用坐標轉移的特殊測量方式，擴大三坐標的測量范圍，使三坐標不僅局限于測量行程范圍內的零件，僅部分型面的零件。還能通過擴展測量更大范圍的零件，型面更復雜的零件。

利用三坐標坐標轉移的操作方式，可實現部分零件虛擬裝配的檢證，如圖12。

3.2 “三坐標在虛擬裝配中的應用

三坐標在虛擬裝配流程如下流程圖：

以行李箱蓋裝配檢證為例，說明使用三坐標測量在虛擬裝配上的應用。

在行李箱蓋上布置坐標轉移點，對行李箱蓋單品進行測量，如圖13。

以白車身基準孔位坐標孔，建立車身坐標系，并測量白車身相關數據，如圖14。

利用坐標轉移點，將行李箱蓋測量的數據轉移至白車身的坐標中，與車身測量數據合并在同一坐標系下，如圖15。

將數據與3D數據對比，可得出行李箱蓋，車身制造與設計的偏差，如圖16。三坐標掃描的數據均為全面的數據，從數據視圖可以簡單排查出精度差異點，可迅速排查出問題點。如圖17，車身右下角有較大的凹點，從剖面圖可以分析出，此處內間隙為14.6mm，大大超出基準11±1mm的基準。分析數據可得出，行李箱位置偏差0.06mm趨于中值，車身位置此處偏低3.7mm為內間隙偏大的主要原因。根據分析的數據后續需要從焊裝的工序和這個鈑金的零件單品精度著手調查發生的原因。

4 小結

從三坐標在行李箱蓋安裝的虛擬裝配應用能能得出整個行李箱外部、內部在裝配后的精度狀態，且此精度數據非單個測量數據，是一個整體全面的數據，可以得出配合整體的變化量。另一方面，此精度數據能初步分析出導致精度NG的原因，如例子中的車身精度不良，而其它測量工具僅能得出測量數據的數值，不能作為分析用。綜上所述，三坐標測量在虛擬裝配中，可以作為設計檢證階段后，結合制造精度的配合應用，可應用與零件裝配后與配合對手件精度配合數據分析的有效方法。

參考文獻

[1] 李明，費麗娜.幾何坐標測量應用技術及應用[M].上海大學出版社，2012年11月出版.