FARO便攜式三坐標測量設備在汽車制造中的應用(1)
MAT是英提爾(Intier) 汽車公司的商業檢測機構,它為三大汽車制造商解決制造方面的困難,同時也為其本集團的制造決策層服務。
位于美國密歇根州Livonia市MI的Magna汽車檢測中心(Magna Automotive Testing, MAT)的使命很簡單:即促使汽車和卡車無論在機械意義上還是在人體工學上,都能夠更加良好地行駛,并確保其零部件運轉良好。
MAT是英提爾(Intier) 汽車公司的商業檢測機構,它為三大汽車制造商解決制造方面的困難,同時也為其本集團的制造決策層服務。
MAT的工作范圍十分廣泛,能夠檢測從車輛原型到其制造過程的一切細節。在給定的一周內,他們可以承擔測試一個升降門,數字化地捕捉汽車內部的平面圖(布局結構),完成一條焊接線的質量分析,對未出藍圖的結構做逆向工程,或針對工裝夾具進行臨界尺寸校正等任務。
MAT工作的核心反映在快速而精準的測量。用可靠的三維數據,可以測定各組件加工的精確度,工件安裝點的三維布局圖,甚至充當OEMs(解決原始設備制造商)的問題故障檢察員。
精確性、簡易性、靈活性
十年前,英提爾(Intier) 汽車公司通過傳統量具來獲取三維數據,但是那些工具并不精確,并且容易造成讀取錯誤,從而并不能解決只有通過誤差極小的測量才能確定的問題。此外,工程師們所需要的細節遠遠超過他們通過機械的工具得來的數據。比如說,三點就可確定一個平面,但一個曲面卻需要500個或者更多的點來精確表現一個斜面或者弓形的變化。另外,工程師們需要能夠在一個數字環境中操作,而正是在這個數字環境中,汽車制造商們開始掌控新型車輛的發展。
傳統的坐標測量機能夠測量密度,但必須通過不斷調整才能測量不同部位的密度,因此所能測量的形狀有限。除此以外,傳統的坐標測量機還不能被移動,任何需要測量的東西都必須被搬運到其放置之處。
"突破傳統儀器的測量范圍,測量微小尺寸的變化的精確度對我們日益重要",Todd Hovey,這位負責MAT的質量監控小組領頭人如此解釋,"因為我們的很多工作需要現在完成,通常是在機器的旁邊或者是在一個模型車間里。"
在20世紀90年代早期,MAT的工程師發現FaroArm的3-D數字化設備能夠克服機械測量儀器的缺陷。這是一種便攜式的臂式的數字測量機,它能夠捕捉其球測頭范圍內的任何一點,精確程度達0.0005英寸。測量方法很專業,它利用Arm尖測針來檢測部件、模具或底盤的表面。在手提電腦上安裝好兼容CAD的CAM2軟件,它會將物體表面上測試到的點記錄成連續線或離散線。隨著越來越多的點的匯集,在電腦屏幕上會呈現出物體表面的數字化圖象。
FaroArm
由于FaroArm的高精度和便攜性的特點,它已成為應用于航空航天、汽車制造以及OEMs制造領域中的權威工具。又因其能在短短幾分鐘內標明幾乎所有表面的尺寸(而不象使用傳統坐標測量機那樣需要冗長的程序設計),產品的加工過程不再死板,也不用經過煩雜的調研過程。
Hovey肯定地說:"使用FaroArm時,在大多數情況下,數據的快速收集徹底地降低了收集過程的成本。"
FARO便攜式三坐標測量設備在汽車制造中的應用(2)
MAT工程師會經常面對幾乎不可測量的表面,即圍繞部件或位于部件后面或者隱藏于部件內部的表面。當需要在車底或引擎下方工作時,這種情況尤為常見。
"我們所要測量的許多表面所在的位置往往被其他的部件所遮擋",質檢部的主任Todd Hovey說:"因為Arm的關節臂具有六自由度特性,所以我們能夠完成其它方法無法測量的任務。
人體工學和制造工藝
隨著汽車外形設計逐漸朝著空氣動力學方面的演變,汽車的內部也正快速朝著更符合人體工學方向的演變。部分原因是由于MAT工程師的努力,他們和OEM工程師一起致力于車輛模型試制階段的研究,以便在這些模型變成新型汽車之前找到設計上的缺陷。
此外,數字化環境的模擬使用比依靠傳統工具測量(直接在硬件上操作起來)更方便,MAT工程師們利用數字化重建了汽車內部的空間--包括儀表板,方向盤,車門表面,中央控制器以及前面板等細節。這一復雜的程序就象一個平臺(一個虛擬的坐艙),在這里,OEM可以使用各種特殊的軟件來評測具體的人體工學問題。例如,針對不同的人體部分采用不同的工學標準,就能夠計算出視線位置,根據乘客坐姿調整前面板的位置,或者重新配置方向盤,儀器或者控制器。
在車座制造過程中,MAT工程常常使用一種名叫‘Oscar‘的人體模型,它是工業制造標準的人體模型。
"我們把儀器送到世界各地的車椅生產商那里,來幫助他們定位用于全新座椅設計中的至關重要的H(臀)點。" Hovey介紹說,"這個點是評估座椅定位及舒適程度的定位點,有了Oscar人體模型來定位,我們就能準確地建立這個點,以供座位設計者應用人體要素軟件來估算腿的放置空間,背部輪廓和頭部的位置。"
評估汽車各部分的裝配草案也是MAT工作范圍的一部分。舉例來說,完成的車門面板、儀器面板和前面板的制造工藝都需測量。MAT的工程師們根據匹配面比較面板和元件的位置,然后將他們的測量結果與嵌入的CAD圖像做比較,在CAM2測試軟件中,超出公差范圍的部分用紅虛線標出。 盡管成百上千個小時用在評估和測試上,一些缺點仍被帶入產品中。這些反饋通常來自消費者,汽車制造商就此投入解決這些問題。他們經常征集MAT團隊的見解,特別是有關動力學方面的煩人的小故障。
MAT類似用處理人體工程學問題的方法處理動力上的不穩定性:先使用FaroArm建立數字環境,然后將分析軟件應用于此環境空間中來找出問題。
Hovey給出了這個過程中的一個例子:"特殊汽車款式的客戶經受著駕駛桿帶來的高頻率震動,制造商已經調查過但發現所有的傳動裝置的轉動元件都處于平衡狀態,并且都能獲得很好的支持。在那種情況下,他們會請我們來測試問題所在。"
FaroArm
"我們抬起汽車然后模擬所有傳動裝置的轉動元件及它們的支持,將這些圖像傳入分析軟件,我們查明當行駛速度到達一個特定速度時,傳動裝置中的共振通過駕駛桿反饋出來。根據我們的信息,公司加固了支持部件來改變共振頻率,使它能在傳動裝置可能達到的任何頻率下都不受影響。"
內部支持
英提爾(Intier) 汽車公司的某些分部也是MAT工作組分析服務項目中最好的客戶。
"我們公司擁有10臺FaroArm做服務,它們大部分都是在線應用,在成品前檢查各部分要點及拼裝狀況。但因為這儀器有在Livonia地區有著廣泛的應用,很多公司經常請我們幫忙予以技術支持。"Hovey說到,"比如,他們需要寫一個宏程序來一遍遍檢查某些特殊的尺寸,我們就能解決這些問題。"
然而,更多時候,一個產品部門會需要我們幫助重新配置一個大件產品或測試裝備。
"這就是Arm設備真正省時間的地方",Hovey說。"對于Arm來說,一個焊件的轉角和測試臺例如多動作模擬裝置只不過是另一個三維圖像。當我們進入一個加工車間,我們能在幾分鐘內測量30或40個裝配洞眼,至多不超過一小時。一旦它需要重新裝配,我們能準確定位,設備停工期會被大大縮短。"
總的來說,MAT工作組發現FaroArm的作用是不可缺少的。"不依靠FaroArm,我們很難為我們的客戶服務。"Hovey說。
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