基于3D掃描的翼子板油漆烘烤變形分析方法

周翰，曹倩，彭?xiàng)?，張磊，吳炤駿，羅帥

(上汽通用汽車整車制造及新項(xiàng)目部尺寸工程科，上海 201201)

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，客戶對(duì)于車輛精致體驗(yàn)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(guān)聯(lián)感知質(zhì)量[1]，是影響精細(xì)感知的關(guān)鍵因素，也是汽車制造中的難題[2]。本文作者通過(guò)分析翼子板油漆烘烤變形傳統(tǒng)分析方法的不足，研究一種在實(shí)車上進(jìn)行掃描分析翼子板油漆烘烤變形的方法，保證精度的同時(shí)能夠提高工作效率。

1 傳統(tǒng)油漆烘烤變形分析方法

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

圖1 傳統(tǒng)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(duì)復(fù)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(cè)量的方式，精度相對(duì)較低，且前后兩次測(cè)量點(diǎn)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(cè)量設(shè)備的普及[4]，某公司逐步采用掃描的方式來(lái)分析門蓋的油漆烘烤變形，掃描精度能夠提高到0.2 mm內(nèi)。而且采用色差圖的形式全面直觀顯示變形量，從而更精準(zhǔn)指導(dǎo)零件整改。然而如何減少拆裝過(guò)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(diǎn)。

經(jīng)過(guò)研究測(cè)試，制定了一套在實(shí)車上進(jìn)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(diào)整完畢的車輛，并下載對(duì)應(yīng)的白車身CMM測(cè)量數(shù)據(jù)。

(2)在翼子板周圍剛性區(qū)域選擇3個(gè)孔特征，并在相應(yīng)的孔上面放置磁性球(放置磁性球的目的是通過(guò)球與面相交來(lái)擬合圓，從而提高孔的掃描精度)?？缀兔嫣卣餍鑼?duì)應(yīng)有CMM測(cè)點(diǎn)，以便掃描后擬合到車身坐標(biāo)系下進(jìn)行分析。如果僅分析烘烤變形，不分析車身坐標(biāo)系下的尺寸偏差，可以選擇3個(gè)孔或者2孔一面進(jìn)行最佳擬合[5]。

(3)對(duì)翼子板以及3個(gè)孔區(qū)域進(jìn)行掃描，以3個(gè)孔的CMM測(cè)量值作為名義值，將掃描數(shù)據(jù)對(duì)齊到車身坐標(biāo)系下，生成色差圖，并導(dǎo)出STL格式文件。

(4)等待油漆結(jié)束，選擇油漆前的3個(gè)孔放置磁性球。再次掃描翼子板以及3個(gè)孔區(qū)域，以3個(gè)孔的CMM測(cè)量值作為名義值，將掃描數(shù)據(jù)對(duì)齊到車身坐標(biāo)系下，生成色差圖，并導(dǎo)出STL格式文件。

(5)對(duì)比油漆前后stl數(shù)據(jù)，生成色差圖，直觀顯示油漆烘烤前后變化量。

3 改進(jìn)后的掃描分析方法應(yīng)用

為了驗(yàn)證新方法的實(shí)用性和有效性，某公司汽車在多款新車型上進(jìn)行了驗(yàn)證。以下選取了一款車型的典型案例進(jìn)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(jìn)行分析，變化量不大，與實(shí)際無(wú)法對(duì)應(yīng)，因此采用實(shí)車掃描的方式進(jìn)行分析。整個(gè)操作過(guò)程和中間結(jié)果如下所示：

(1)掃描獲取油漆烘烤前點(diǎn)云數(shù)據(jù)

如圖2所示，選定白車身上剛性區(qū)域的兩孔一面作為后續(xù)點(diǎn)云對(duì)齊的公共媒介。在車身裝配、調(diào)整完成并準(zhǔn)備送往油漆前，對(duì)翼子板區(qū)域及選定的兩孔一面進(jìn)行掃描，輸出STL格式三角化數(shù)據(jù)。

圖2 油漆烘烤前掃描結(jié)果

(2)掃描獲取油漆烘烤后點(diǎn)云數(shù)據(jù)

如圖3所示，在油漆烘烤完成后，對(duì)翼子板區(qū)域及兩孔一面再次掃描，輸出STL格式三角化數(shù)據(jù)。

圖3 油漆烘烤后掃描結(jié)果

(3)油漆前后點(diǎn)云對(duì)齊

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

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊

(4)油漆烘烤變形分析

如圖5所示，根據(jù)測(cè)點(diǎn)顯示翼子板下部與前門匹配處發(fā)生了變形，最大向外變形2.25 mm，導(dǎo)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(fā)現(xiàn)車身鉸鏈柱外板并沒(méi)有變形，而是翼子板安裝支架發(fā)生了變形，數(shù)值為1.1～3.2 mm。

圖6 變形原因分析

進(jìn)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?yàn)橹Ъ芎蠖讼啾惹岸俗冃瘟看髮?dǎo)致的局部變形。

圖7 翼子板自身型面變形分析

(6)指導(dǎo)問(wèn)題解決

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，查找到油漆烘烤變形過(guò)程中存在與翼子板接觸的地方，并優(yōu)化解決了該問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)翼子板油漆烘烤變形傳統(tǒng)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(jìn)方法，通過(guò)色差圖的報(bào)告形式更直觀、全面地展現(xiàn)變形量，并指導(dǎo)問(wèn)題的整改。

由于翼子板相對(duì)車身是固定連接，該方法能夠準(zhǔn)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(jìn)一步定義定位方式，確保油漆前后定位點(diǎn)處于同一位置，且定位點(diǎn)應(yīng)盡可能趨近零件內(nèi)板定位基準(zhǔn)，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步展開(kāi)研究。