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Nikon 测量助沃尔沃高效生产
来源: 作者:尼康工业测量部 供稿 浏览次数:0
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沃尔沃汽车根特工厂使用尼康新型Metris 十字扫描测头检测车身尺寸,大大加快了全新 XC60 跨界车从设计到生产的过程。沃尔沃工程师们对金属板材和塑料材质的车身部件进行数字化处理,再用软件模拟车身组装,这种方法使生产前尺寸检测速度提高了一倍。三维激光扫描技术、点云处理技术和虚拟装配技术缩短了样车的评估时间,节省了昂贵的专用检验工装设备开支。

车身组装严格遵循车辆开发轨迹

沃尔沃汽车在安全性能,车厢内环境以及设计方面有着良好口碑。目前,这家来自瑞典的汽车制造商发布了全新的 XC60 系列,将世人眼光再次吸引到新型跨界车身上。这种新型汽车的车身是由多个小组联袂设计打造的。金属板材冲压焊接以及新材料的使用和多项技术的整合给车身尺寸控制带来前所未有的挑战。从车身的 CAD 模型到样车生产,再到最终量产的过程中,工艺及生产公差以及设备、材料的性能对车身尺寸都会产生影响。边线、孔位置以及其他尺寸特性在精确的车辆组装过程中起着关键作用。

基于三维扫描可高精度地数字化、组装和评估车身部件,加速整体汽车车身的开发进程,沃尔沃工厂在汽车生产的各个环节中广泛应用三维扫描技术,在初期设计阶段,设计人员通过数字化油泥模型设计车型时就系统地使用了非接触式测量技术。在生产前期,工程部门对车身各部件和白车身结构进行大量的数字化处理,以便优化部件加工和组装。开始量产后,重点扫描车身元件或整部车的特定面,形成用于质量监控和产品审核的 SPC 样本。将来,激光扫描将在中期质量控制方面发挥重要作用。

该成功项目部分资金来自 IWT。IWT 是一家比利时机构,该机构由鼓励技术创新的弗拉芒政府支持,由为弗拉芒汽车行业提供创新合作平台的法兰德斯驱动研究所管理。

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虚拟车身尺寸测量法

虚拟车身尺寸测量法,可减少尺寸迭代循环次数。2006 年,传统的接触式测量法在检测精度和效率方面仍然是权威,而沃尔沃在准备生产 C30 系列时首次应用和评估了虚拟车身尺寸测量法。作为沃尔沃的合作伙伴,尼康在2008年提高沃尔沃XC60系列产量时,实际已成功减少了尺寸迭代循环次数及个体循环的前置时间。而虚拟测量法的应用也减少了实际评估样本的使用,这意味着减少材料浪费和白车身体积测量工具等复杂检测工装设备的开支。

虚拟车身检测可提高汽车质量,降低研发成本,缩短前置时间。2005 年,位于比利时的沃尔沃汽车根特工厂与 Metris(鲁汶)公司共同参与了一个项目,旨在通过简化车身尺寸检查过程来缩短生产前期阶段。“两家公司共同开发出一种新的车身尺寸检测方法。这种方法基于利用三维扫描和虚拟组装的数字检测技术,与涉及到大量接触式检测、实际部件冲突分析以及复杂的检测工装设备的传统方法相比,这种方法更精确、高效。”

具有开创性的三维十字激光扫描测头技术

Metris 与沃尔沃汽车紧密合作,进一步优化现有十字扫描测头,使其性能符合新的尺寸检测法要求。“我们共同合作,将激光扫描测头与悬臂式三座标测量机结合起来,并增加扫描测头的视场深度”,“加长的扫描支架提高了测量灵活性,方便处理被夹紧的车身元件。”十字扫描测头由三个激光束/数码相机组件构成,每部相机的偏移角度为 120 度。因此只需一次扫描便可轻松获取凹槽、套管、孔,以及其他几何形状信息。十字扫描测头的设计初衷是为了测量外形尺寸,但它也适用于数字化三维表面和边缘。几何形状与边缘的位置在部件匹配和汽车组装过程中起关键作用。

此外,这项新技术还对激光光学技术与电子数据处理技术具有深远的影响。“精心设计的十字扫描测头无需喷粉处理便可灵活扫描各种材料和色彩。它能迅速、可靠地测量反射金属板和涂色表面。激光扫描通过高速扫描生成点云数据,大大领先于接触式逐点采集技术。此外,设定线性和多边形扫描路径也比进行接触式测量时指定单个传感器接触点要容易得多。”

尼康在沃尔沃汽车根特工厂使用的 Nikon Metrology 的激光扫描测头——XC50-LS。XC50-LS是一款新型十字扫描测头,可对金属板材和塑料材质的车身部件进行数字化处理。具有以下主要特点:一次扫描,获取所有外形尺寸细节;缩短检视准备与执行时间;推动虚拟车身组装,加快生产前尺寸检查。

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沃尔沃工厂在汽车生产的各个环节广泛应用三维扫描技术

更快更好的沃尔沃 XC60 车身尺寸检测法

在沃尔沃汽车生产前期阶段,计量工程师扫描金属板、铸件(钢和铝)、复合材料与塑料部件。在获得精度接近 20 微米的数据后,计量工程师进行点云过滤处理,并基于标准的 CAD 数据分析测得尺寸。沃尔沃方面通过数字图形报告评估这些部件,汇总模型、冲压设备调整意见后与供应商交涉。进行数字化部件检测仅需标准固定设备,而传统的检查方法则需要使用昂贵的专用定位及固定工装设备。

对单个部件数字化处理后,工程师通过应用软件虚拟对位和组装金属板、内部,外部及底盘元件,形成完整的虚拟汽车车身。在实际组装车身元件之前,工程师已通过新的尺寸检测法知晓潜在的部件匹配问题。还可用专门的软件对虚拟车身组装模型进行逆向工程、差异分析、回弹预测等特殊分析。分析对比扫描数据和汽车车身模型数值后,沃尔沃汽车设计人员可根据组装要求有效调整部件尺寸。

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利用 CAD 比较功能,沃尔沃汽车设计人员可根据组装要求修改元件设计

使用手持式激光扫描测头检测表面和几何形状

Metris 与沃尔沃还合作开发了 K-Scan 手持式激光扫描测头。这是一种为现场检测设计的单条激光线扫描测头。光学三座标测量机不间断跟踪扫描测头,以便于操作者在整车范围内自由走动进行扫描。沃尔沃工程师使用 K-Scan 检测样车或早期产品的部件对齐情况和间隙、车身变形以及静/动态尺寸。例如,通过由多种颜色标示的目测报告说明在发动机盖和前挡泥板之间,沿着整条龙骨的部件对齐情况和间隙。手持式光学检测设备还能解决其他手动方法无法解决的特殊情况,如测量零间隙部件,或为防止紧急情况出现需要迅速解决故障。

总之,新的测量方法减少了匹配循环次数,节省了测试材料、螺钉车、标准蓝色雄鹿牌(blue buck)汽车检测工具和专用夹具方面的高额开支。基于三维扫描的虚拟检测是汽车行业发展中的重要一步。该项目在底特律荣获亨利福特科技奖。三维扫描可应用于油泥模型的逆向工程、汽车车身结构虚拟尺寸检测,以及成品车尺寸的反馈数据收集。


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