基于3D掃描的翼子板油漆烘烤變形分析方法

周翰，曹倩，彭楊，張磊，吳炤駿，羅帥

(上汽通用汽車整車制造及新項目部尺寸工程科，上海 201201)

0 引言

隨著汽車行業的不斷發展，客戶對于車輛精致體驗的要求也不斷提升。翼子板是汽車重要外觀件，其與前蓋、大燈、前保及前門的間隙(Gap)面差(Flush)匹配直接關聯感知質量[1]，是影響精細感知的關鍵因素，也是汽車制造中的難題[2]。本文作者通過分析翼子板油漆烘烤變形傳統分析方法的不足，研究一種在實車上進行掃描分析翼子板油漆烘烤變形的方法，保證精度的同時能夠提高工作效率。

1 傳統油漆烘烤變形分析方法

傳統分析油漆烘烤變形的方法(圖1)，是將油漆前后翼子板從實車上拆下后放到檢具上進行檢測分析。

圖1 傳統烘烤變形分析方法

其存在的不足如下：(1)翼子板較薄剛性較差[3]，而且翼子板的安裝定位體系相對復雜，如果多次拆裝，容易帶入人工誤差。(2)多次拆裝，需要往返車身、油漆車間，容易造成磕碰變形，且效率較低。(3)檢具上采用模擬塊+塞尺測量的方式，精度相對較低，且前后兩次測量點容易不一致，放大誤差。

2 基于3D掃描的烘烤變形分析方法

隨著非接觸測量設備的普及[4]，某公司逐步采用掃描的方式來分析門蓋的油漆烘烤變形，掃描精度能夠提高到0.2 mm內。而且采用色差圖的形式全面直觀顯示變形量，從而更精準指導零件整改。然而如何減少拆裝過程中帶入的誤差，以及如何提高分析效率，仍然是工作中的痛點。

經過研究測試，制定了一套在實車上進行掃描分析翼子板油漆烘烤變形的方法，具體如下：

(1)選擇一輛調整完畢的車輛，并下載對應的白車身CMM測量數據。

(2)在翼子板周圍剛性區域選擇3個孔特征，并在相應的孔上面放置磁性球(放置磁性球的目的是通過球與面相交來擬合圓，從而提高孔的掃描精度)。孔和面特征需對應有CMM測點，以便掃描后擬合到車身坐標系下進行分析。如果僅分析烘烤變形，不分析車身坐標系下的尺寸偏差，可以選擇3個孔或者2孔一面進行最佳擬合[5]。

(3)對翼子板以及3個孔區域進行掃描，以3個孔的CMM測量值作為名義值，將掃描數據對齊到車身坐標系下，生成色差圖，并導出STL格式文件。

(4)等待油漆結束，選擇油漆前的3個孔放置磁性球。再次掃描翼子板以及3個孔區域，以3個孔的CMM測量值作為名義值，將掃描數據對齊到車身坐標系下，生成色差圖，并導出STL格式文件。

(5)對比油漆前后stl數據，生成色差圖，直觀顯示油漆烘烤前后變化量。

3 改進后的掃描分析方法應用

為了驗證新方法的實用性和有效性，某公司汽車在多款新車型上進行了驗證。以下選取了一款車型的典型案例進行分析，該案例為油漆烘烤后翼子板與前門平整度變差2 mm，拆解油漆前后翼子板與前門到Cubing上進行分析，變化量不大，與實際無法對應，因此采用實車掃描的方式進行分析。整個操作過程和中間結果如下所示：

(1)掃描獲取油漆烘烤前點云數據

如圖2所示，選定白車身上剛性區域的兩孔一面作為后續點云對齊的公共媒介。在車身裝配、調整完成并準備送往油漆前，對翼子板區域及選定的兩孔一面進行掃描，輸出STL格式三角化數據。

圖2 油漆烘烤前掃描結果

(2)掃描獲取油漆烘烤后點云數據

如圖3所示，在油漆烘烤完成后，對翼子板區域及兩孔一面再次掃描，輸出STL格式三角化數據。

圖3 油漆烘烤后掃描結果

(3)油漆前后點云對齊

如圖4所示，以兩孔、一面為公共特征進行最佳擬合。對于控制方向，孔選X、Y、Z，面選T值，并生成色差圖[6]。

圖4 點云數據對齊

(4)油漆烘烤變形分析

如圖5所示，根據測點顯示翼子板下部與前門匹配處發生了變形，最大向外變形2.25 mm，導致與前面Flush配合超差。

圖5 油漆烘烤變形量

(5)變形原因分析

如圖6所示，查看翼子板下端定位處發現車身鉸鏈柱外板并沒有變形，而是翼子板安裝支架發生了變形，數值為1.1～3.2 mm。

圖6 變形原因分析

進一步分析翼子板本身型面的變形量(圖7)，可以看出變形量較小，后部的0.3～0.45 mm的變形量也是因為支架后端相比前端變形量大導致的局部變形。

圖7 翼子板自身型面變形分析

(6)指導問題解決

根據數據分析結果，查找到油漆烘烤變形過程中存在與翼子板接觸的地方，并優化解決了該問題。

4 結束語

針對翼子板油漆烘烤變形傳統分析方法的不足，提出了一種基于3D掃描的更高效、更高精度的改進方法，通過色差圖的報告形式更直觀、全面地展現變形量，并指導問題的整改。

由于翼子板相對車身是固定連接，該方法能夠準確分析其烘烤變形量。但該方法若延伸到四門、前后蓋需要進一步定義定位方式，確保油漆前后定位點處于同一位置，且定位點應盡可能趨近零件內板定位基準，后續會進一步展開研究。