基于三維掃描頂襯與遮陽簾高精度尺寸策略研究

陳曦，徐剛，趙宗德

（上汽通用汽車有限公司整車制造工程部 尺寸工程科，上海 201206）

引言

頂襯與遮陽簾作為整車零件中重要外觀件與功能件，其尺寸質(zhì)量直接影響到客戶體驗(yàn)，針對(duì)此類問題，在傳統(tǒng)尺寸策略中，頂襯與遮陽簾零件的尺寸策略工作需要在專用檢具上評(píng)估尺寸問題，并針對(duì)在檢具與標(biāo)準(zhǔn)車身上的評(píng)估與驗(yàn)證結(jié)果，制定后續(xù)尺寸修改策略。傳統(tǒng)尺寸策略受限于手工塞尺測(cè)量，目前只能簡單且初步判斷干涉狀態(tài)，干涉量量化驗(yàn)證受限于操作者經(jīng)驗(yàn)。另一方面，由于遮陽簾在整車坐標(biāo)系下存在重力下沉，實(shí)際手工塞尺測(cè)量會(huì)影響實(shí)際遮陽簾位置，造成測(cè)量誤差，且重復(fù)性難以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)策略目前在測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量精度上無法滿足頂襯與遮陽簾高精度尺寸要求，且問題只有在裝車后才能識(shí)別，時(shí)效性較晚，導(dǎo)致頂襯與遮陽簾尺寸問題反饋不及時(shí)，尺寸質(zhì)量提升效率低。

針對(duì)目前傳統(tǒng)頂襯與遮陽簾尺寸策略存在的問題，本文提出一種基于三維掃描技術(shù)頂襯與遮陽簾高精度尺寸策略，實(shí)現(xiàn)遮陽簾非接觸式測(cè)量，克服手工測(cè)量誤差因素與遮陽簾整車坐標(biāo)系下沉問題。并在裝車前階段提前進(jìn)行零件尺寸評(píng)估活動(dòng)，縮短尺寸質(zhì)量提升周期，并直觀反應(yīng)零件尺寸偏差位置，提高了頂襯與遮陽簾尺寸策略的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。

1 三維掃描技術(shù)簡介

本文提出的三維掃描技術(shù)是利用三維掃描激光儀獲取零件的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用Polyworks軟件三角化數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬模型建立。將完成創(chuàng)建的虛擬模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)其進(jìn)行虛擬尺寸分析，最后生成可視化偏差圖以顯示零件實(shí)際偏差與匹配干涉情況[1-2]。流程如圖1所示。

圖1 三維掃描技術(shù)路線

2 頂襯與遮陽簾高精度應(yīng)用

頂襯與遮陽簾尺寸一直是客戶敏感區(qū)域， 當(dāng)頂襯與遮陽簾尺寸匹配間隙一致性較大，客戶外觀感知明顯，尺寸匹配干涉量較大時(shí)，開啟遮陽簾時(shí)震動(dòng)與異響明顯。表1比對(duì)了三維掃描技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng)技術(shù)除了在完成時(shí)間更優(yōu)以外，其余指標(biāo)均落后于三維掃描技術(shù)。

表1 三維掃描技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比對(duì)（表示更優(yōu)）

表1 三維掃描技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比對(duì)（表示更優(yōu)）

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2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取及處理

點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取主要通過天窗遮陽簾總成零件在標(biāo)準(zhǔn)車身或者檢具上按照GD&T基準(zhǔn)設(shè)置進(jìn)行定位與夾緊，模擬裝車真實(shí)狀態(tài)。利用三維掃描設(shè)備進(jìn)行頂襯總成零件尺寸數(shù)據(jù)獲取，以點(diǎn)云的形式記錄，每個(gè)點(diǎn)包含有三維坐標(biāo)信息與幾何位置信息。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取完成后，需要對(duì)實(shí)際環(huán)境中存在的噪音點(diǎn)進(jìn)行過濾與刪除。點(diǎn)云噪音是三維掃描儀在掃描過程中由于外界因素以及設(shè)備本身原因造成，處理辦法是在 Polyworks軟件中，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與零件數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳擬合，再在點(diǎn)云上反選獲取噪音點(diǎn)，然后將其過濾刪除。

2.2 三角化數(shù)據(jù)創(chuàng)建與虛擬模型建立

頂襯與遮陽簾是面與面之間的尺寸關(guān)系，噪音去除后的點(diǎn)云還無法直接用來后續(xù)分析過程，可將點(diǎn)云過濾后需要?jiǎng)?chuàng)建三角化模型以形成三角面進(jìn)行分析，因此對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行三角化用的是 Delaunay三角剖分算法[3-4]，其本質(zhì)是指定隨機(jī)散亂的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將各數(shù)據(jù)點(diǎn)之間以三角形包絡(luò)，繪圖成三角網(wǎng)格。

2.3 模型間隙干涉分析與尺寸策略優(yōu)化

模型間隙干涉分析是將構(gòu)建完成的虛擬模型在車身坐標(biāo)系下按照各自的基準(zhǔn)置零，計(jì)算頂襯與遮陽簾尺寸面之間的間隙或干涉量大小。并實(shí)際以色差圖的形式輸出兩個(gè)零件之間的尺寸狀態(tài)。圖2為獲取的遮陽簾面匹配尺寸數(shù)據(jù)，圖3為頂襯匹配面尺寸數(shù)據(jù)。

圖2 遮陽簾匹配面尺寸面數(shù)據(jù)

圖3 頂襯匹配面尺寸面數(shù)據(jù)

針對(duì)與圖2與圖3數(shù)據(jù)，需要對(duì)零件尺寸策略進(jìn)行優(yōu)化，由于遮陽簾模具修模難度大，費(fèi)用高，一般情況下，待遮陽簾數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，對(duì)頂襯進(jìn)行配修。由圖2與圖3可計(jì)算出實(shí)際頂襯尺寸配修量，目標(biāo)間隙為0，可得到表2頂襯配修值，指導(dǎo)供應(yīng)商零件尺寸整改。頂襯供應(yīng)商按表2數(shù)據(jù)進(jìn)行修改后，實(shí)際裝車狀態(tài)頂襯與遮陽簾間隙一致性小于1.5mm，且遮陽簾開啟后無明顯震動(dòng)與異響，后續(xù)將繼續(xù)跟蹤頂襯與遮陽簾狀態(tài)。

表2 基于三維掃描技術(shù)確認(rèn)的配修值

3 結(jié)論

三維掃描技術(shù)是一項(xiàng)汽車尺寸工程應(yīng)用新技術(shù)，本文比對(duì)分析了與傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并通過新車型頂襯與遮陽簾尺寸實(shí)例，制定零件整改高精度尺寸策略，目前在本新車型實(shí)際案例中，最終尺寸及功能反饋較為良好，并值得后續(xù)項(xiàng)目研究與討論。