黃文亮 韋侯黎 梁運(yùn)朝

【關(guān)鍵詞】藍(lán)光掃描系統(tǒng)基準(zhǔn);匹配;數(shù)據(jù)分析

【中圖分類號(hào)】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）08-0070-04

1 藍(lán)光掃描的特點(diǎn)

上汽通用五菱汽車股份有限公司使用的是“?？怂箍怠彼{(lán)光系列產(chǎn)品，解決實(shí)際問題時(shí)多使用手動(dòng)藍(lán)光測量系統(tǒng)（自動(dòng)藍(lán)光測量系統(tǒng)常用于在線過程監(jiān)測），如圖1所示。

在不考慮自動(dòng)測量帶來的高效外，藍(lán)光掃描系統(tǒng)幾乎具備三坐標(biāo)的一切功能。藍(lán)光能夠掃描整體型面，偏差色彩分布圖可以直觀反映出各個(gè)位置的偏差狀態(tài)，相比常規(guī)三坐標(biāo)，在測量報(bào)告可讀性與分析難易度方面有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)，由于測量范圍大，因此測量基準(zhǔn)可根據(jù)實(shí)際問題靈活切換，便于針對(duì)特殊問題制訂針對(duì)性的測量方案 [1]。

2 白車身掃描方案

白車身尺寸通常使用雙懸臂三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）測量，日常監(jiān)控尺寸偏差及穩(wěn)定性，三坐標(biāo)在白車身測量上具有高效的優(yōu)點(diǎn)，但由于是接觸式采點(diǎn)，所以測點(diǎn)數(shù)量有限，工程師在數(shù)據(jù)分析中需要對(duì)車身平時(shí)的狀態(tài)非常清楚，只有結(jié)合趨勢才能獲悉當(dāng)前車身的主要尺寸偏差，測量報(bào)告解讀具有以點(diǎn)帶面的不足（如圖2所示）。

藍(lán)光掃描尺寸偏差色彩圖為三坐標(biāo)測量報(bào)告分析的不足提供了新的方向，通過圖3能直觀地發(fā)現(xiàn)當(dāng)前主要偏差區(qū)域及大小，繼而可以快速調(diào)整工裝夾具或查找零部件原因，高效地提升質(zhì)量水平。

由于三坐標(biāo)為常規(guī)的監(jiān)測方式，因此要求藍(lán)光掃描的數(shù)據(jù)必須與三坐標(biāo)的測量結(jié)果具有較好的再現(xiàn)性。通常的方案是使用共同的RPS基準(zhǔn) [2]，問題在于白車身的基準(zhǔn)分布在下車體大梁上，藍(lán)光無法直接測量，直接在三坐標(biāo)平臺(tái)上掃描也因場地狹小而不便操作，因此本方案的重點(diǎn)在于基準(zhǔn)的精確轉(zhuǎn)換（如圖4所示）。

測量方案：使用CMM測量過的白車身，選取部分特征的實(shí)際值作為藍(lán)光掃描建標(biāo)基準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，為保證兩者基準(zhǔn)最大限度地重合，特征的選擇宜選用孔類特征，特征的分布包含車身的左右與前后，特征的控制方向包含X、Y、Z 3個(gè)方向，同時(shí)特征數(shù)量宜多不宜少。如圖5所示，8個(gè)特征的理論值來源于CMM測量實(shí)際值，控制X向有B＼B_m＼C＼

C_m＼E＼E_m等6個(gè)特征，控制Y向有E＼E_m＼D＼D_m等4個(gè)特征，控制Z向有B＼B_m＼C＼C_m＼D＼D_m等6個(gè)特征，較多的特征使藍(lán)光掃描的基準(zhǔn)與CMM基準(zhǔn)更好地重合。通過圖8中5個(gè)特征可以了解到兩種設(shè)備測量結(jié)果的差異最大約0.35 mm。藍(lán)光測量報(bào)告數(shù)據(jù)分析直觀易懂，本文不再闡述。

3 成品車整車外飾DTS匹配掃描案例

整車外飾間匹配是用戶及工程師關(guān)注的重點(diǎn)，一臺(tái)車往往存在多個(gè)DTS超差問題，工程師需要逐一對(duì)問題進(jìn)行調(diào)查分析，比如通過TAC檢具、互換、零件測量等方式查找單一問題的根本原因，工作難度較大，效率較低，同時(shí)分析對(duì)象與DTS超差的車非同一臺(tái)車，偏差源的分析也就出現(xiàn)了偏差，無法保證嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜∽C過程。

整車藍(lán)光掃描的目的在于一次性掃描整車具有匹配關(guān)系的外觀件，分析對(duì)手件對(duì)應(yīng)的測點(diǎn)，分析間隙與段差的實(shí)際值，超差時(shí)，可直接獲悉各個(gè)偏差源的貢獻(xiàn)值，同時(shí)利用已有的測量數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析貢獻(xiàn)值的主要原因。

測量方案：白車身CMM測量→四門兩蓋掃描→成品車掃描。

為避免后續(xù)問題分析時(shí)因?yàn)榛鶞?zhǔn)問題而無法給出確信的關(guān)于偏差來源的結(jié)論，整車掃描的基準(zhǔn)來源于白車身總成的基準(zhǔn)最為恰當(dāng)，與白車身CMM測量使用的下車體基準(zhǔn)一致。

白車身CMM測量的目的：一是為后續(xù)成品車掃描引用白車身基準(zhǔn)做準(zhǔn)備;二是外觀件的安裝孔位及匹配面的測量結(jié)果可以進(jìn)一步分析問題根源。

門蓋總成掃描的目的是在分析門蓋匹配問題時(shí)，可以進(jìn)一步分析零件本身的影響因素。

成品車的白車身與門蓋總成來源于CMM測量過的白車身及掃描的四門兩蓋。

成品車掃描基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換：由于成品車上幾乎所有孔位都已被使用或被遮擋，因此無法使用白車身掃描方案中的孔位特征，只能選擇自由曲面，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，使用多個(gè)（比如16個(gè)）曲面點(diǎn)的CMM測量實(shí)際值作為藍(lán)光掃描的理論值進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，同樣的型面位置最大差異為0.5～0.7 mm，效果不是很好。更好的方案是在左右側(cè)圍上分別選取曲率小的6個(gè)小曲面（X/Y/Z方向分別2個(gè)曲面），每個(gè)小曲面上密集（點(diǎn)距約2 mm）采集9個(gè)矢量點(diǎn)。12個(gè)小曲面測量完成后，導(dǎo)出IGS后導(dǎo)入U(xiǎn)G，構(gòu)建曲面，該曲面后續(xù)導(dǎo)入藍(lán)光掃描軟件，使用擬合的曲面作為藍(lán)光掃描基準(zhǔn)。該方案藍(lán)光與CMM測量的基準(zhǔn)差異在0.5 mm以內(nèi)（除了測量系統(tǒng)誤差，還包含成品車經(jīng)涂裝及總裝后相對(duì)白車身的微小變形）。

報(bào)告與分析示例：發(fā)蓋與翼子板間隙。

分析發(fā)蓋與翼子板間隙，正常測量與分析思路是用塞尺測量發(fā)蓋與翼子板間隙，比較實(shí)際值與理論值，得到偏差，然后運(yùn)用常見的質(zhì)量工具分析偏差產(chǎn)生的原因，比如翼子板、發(fā)蓋等零件尺寸及裝配誤差等，每一個(gè)誤差的分析都需要單獨(dú)反復(fù)的測量（檢具和三坐標(biāo)），觀察裝配過程等，解決此類實(shí)際匹配問題是一個(gè)由點(diǎn)至面的復(fù)雜過程，并且零件不是一一對(duì)應(yīng)，難以精確地找到各個(gè)誤差源的貢獻(xiàn)量大小。

成品車藍(lán)光掃描方案，由點(diǎn)至點(diǎn)（如圖6所示），成品車掃描數(shù)據(jù)顯示畫紅圈位置發(fā)蓋包邊線往外1.8 mm，對(duì)應(yīng)的翼子板往外0.2 mm，綜合計(jì)算間隙相對(duì)理論值偏小1.6 mm，超過DTS公差要求（±1.0 mm）。根據(jù)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)蓋往外偏1.8 mm為唯一的不利貢獻(xiàn)，此時(shí)只需要將分析焦點(diǎn)放在發(fā)蓋上，而不需要花時(shí)間研究翼子板的尺寸與裝配過程。

發(fā)蓋的誤差來源于發(fā)蓋單件誤差或者裝配誤差，對(duì)應(yīng)的發(fā)蓋單件在之前已做過掃描，對(duì)應(yīng)位置偏差如圖7所示畫圈處，包邊線往里偏1.3 mm，與故障模式相反，因此可判定發(fā)蓋單件不是引起問題的原因。

裝配方面一方面來源于發(fā)蓋整體往左偏，但此處不能排除前后方向（X向）對(duì)左右方向（Y向）的影響，同樣來自成品車的掃描數(shù)據(jù)顯示發(fā)蓋前端整體往后偏最大達(dá)2.2 mm（如圖8所示），在UG中將發(fā)蓋整體沿包邊線矢量方向往后平移2 mm，發(fā)蓋與左翼子板對(duì)應(yīng)間隙小的位置處，間隙縮小1.8 mm，與故障模式相符。因此，發(fā)蓋的裝配是最大的誤差源，經(jīng)改進(jìn)調(diào)整后，故障模式消失。

此案例通過掃描成品車的間隙，直觀反映誤差源，再通過分析對(duì)應(yīng)的零件及反映裝配過程的掃描數(shù)據(jù)，全過程使用B/D測量數(shù)據(jù)，快速獲得誤差根源。

4 其他問題分析測量方案

對(duì)于個(gè)例問題，使用藍(lán)光掃描系統(tǒng)制訂完善的測量方案，可快速查找問題根源，實(shí)際工作中運(yùn)用較多，本文選取2個(gè)有代表性的案例說明藍(lán)光測量方案的靈活性及分析能力強(qiáng)的特性。

案例1：尾燈與后側(cè)圍段差：針對(duì)檢測線反饋的某車型尾燈與后側(cè)圍段差問題（如圖9所示），使用藍(lán)光設(shè)備制訂測量方案;分析問題的影響因素 [3]。

方案的思路如下：？譹？訛掃描實(shí)際裝配狀態(tài)下尾燈與后側(cè)圍外匹配型面;？譺？訛拆除尾燈，測量尾燈安裝基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系;？譻？訛將坐標(biāo)系引入步驟1，分析偏差。該方案的特點(diǎn)是先測量后建標(biāo)，步驟1和步驟2在側(cè)圍上具有公共的目標(biāo)標(biāo)簽點(diǎn)，利用這部分公共的目標(biāo)標(biāo)簽點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)2個(gè)測量文件間的坐標(biāo)系調(diào)用，從而在同一坐標(biāo)系下保留了2個(gè)狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)（拆燈與裝燈）。

步驟1的測量結(jié)果如圖9所示，拆燈后重新mapping并使用尾燈的GD&T基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的車身孔位及型面建立坐標(biāo)系（如圖10所示）。

步驟3：利用步驟2和步驟1中mapping文件中的側(cè)圍公共目標(biāo)標(biāo)簽點(diǎn)，將建標(biāo)基準(zhǔn)引入測量文件1（藍(lán)光數(shù)字裝配過程，在此不詳述），列出測點(diǎn)與偏差。如圖11所示，畫圈位置尾燈與側(cè)圍相對(duì)偏差最大為2.7 mm，貢獻(xiàn)分別如下：側(cè)圍區(qū)域型面內(nèi)偏差0.8～1 mm（相對(duì)基準(zhǔn)），尾燈安裝后往外側(cè)偏差1.2～1.5 mm。至此，完成影響因素的定量分析。

案例2：工序?qū)Ρ确治鰷y量方案：藍(lán)光掃描非常適合應(yīng)用在分析不同工序間零件狀態(tài)的對(duì)比，以便分析鎖定問題產(chǎn)生工序。問題：某車型在總裝出現(xiàn)發(fā)蓋前中部批量外板型面凹，發(fā)蓋總成的偏差，發(fā)蓋經(jīng)調(diào)整線、涂裝、總裝后，各工序的變化量待測量分析。使用藍(lán)光分別掃描各工序，基準(zhǔn)完全一致（如圖12所示）。

對(duì)比可以直觀地發(fā)現(xiàn)變異工序發(fā)生在涂裝，鎖定工序后開展針對(duì)性的排查，涂裝車間輸送車身工藝掛鉤不合理導(dǎo)致了該現(xiàn)象。

5 結(jié)語

藍(lán)光掃描系統(tǒng)具有測量范圍大、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換靈活、測量報(bào)告直觀等特點(diǎn)，使其在汽車制造中可以分析眾多匹配質(zhì)量問題。測量工程師只有對(duì)問題本身有一定的了解，對(duì)設(shè)備軟件的功能非常熟悉，對(duì)測量本身的理解非常透徹，才能針對(duì)問題制訂最佳的測量方案，才能最大限度地發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)勢。問題分析能力不足或者對(duì)各種測量設(shè)備或軟件的理解深度不足，則很難發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)勢。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]姜連財(cái)，楊正新，閆花敏.藍(lán)光掃描技術(shù)在沖壓件質(zhì)量提升中的應(yīng)用[J].工藝裝備，2018（23）：271-272.

[2]張賓，林衛(wèi)明，胡正芳.藍(lán)光掃描技術(shù)在汽車上的應(yīng)用[J].汽車與配件，2017（23）：72-73.

[3]莫達(dá)君.汽車內(nèi)外飾件間隙段差問題的原因分析方法[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015（21/22）：30-32.