葉 盛

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三維激光掃描測量技術(shù)在汽車覆蓋件成形質(zhì)量中的應(yīng)用

葉 盛

福建工程學(xué)院機電及自動化工程系

汽車覆蓋件在成形時質(zhì)量受材料性能、成形條件等客觀條件影響，通過引入三維激光掃描測量技術(shù)，使用便攜式三坐標(biāo)測量儀適時的檢測到相關(guān)成形數(shù)據(jù)，利用相關(guān)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行合適的處理，以便對成形的質(zhì)量進(jìn)行控制。以一汽車覆蓋件的成形為例，利用法如公司的便攜式三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行檢測驗證該方法的可行性。結(jié)果表明，利用此技術(shù)能夠動態(tài)地檢測汽車覆蓋件的成形后的相關(guān)質(zhì)量，并對其成形性進(jìn)行控制。

三維激光掃描測量技術(shù)；汽車覆蓋件；成形；動態(tài)檢測

汽車在人類的生活中起著舉足輕重的作用。隨著經(jīng)濟的全球化，汽車工業(yè)的競爭日益加劇。各汽車廠家都在加緊新車型的設(shè)計與開發(fā)。由于發(fā)動機、底盤設(shè)計制造技術(shù)基本成熟，新車型主要體現(xiàn)在電子設(shè)備及車身造型上。在轎車新品種的研發(fā)過程中，轎車車身覆蓋件具有形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、精度高、表面質(zhì)量要求嚴(yán)格等特點。通過三維激光掃描測量技術(shù)和設(shè)備的使用能很好的減少新車型的開發(fā)成本、縮短新車型的開發(fā)周期、提高新產(chǎn)品的市場競爭力。據(jù)統(tǒng)計目前在一種新車型開發(fā)中有40%的設(shè)計師與工程師在從事與車身覆蓋件相關(guān)的工作。覆蓋件質(zhì)量的好壞決定了新車型開發(fā)的成敗。本文擬以某車型的側(cè)翼覆蓋件成形為研究對象，應(yīng)用三維激光掃描測量技術(shù)對其成形后的實際變形情況進(jìn)行分析，為確定其成形參數(shù)作參考。

1 三維激光掃描測量原理

三維激光掃描系統(tǒng)通過脈沖測距法采集獲得測距觀測值，精密時鐘控制編碼器同步測量每個激光脈沖的橫向掃描角度觀測值和縱向掃描角度觀測值。三維測量一般使用儀器內(nèi)部坐標(biāo)系統(tǒng)，軸在橫向掃描面內(nèi)，軸在橫向掃描面內(nèi)與軸垂直，軸與橫向掃描面垂直，由此得到三維激光點(XYZ)坐標(biāo)的計算公式（1），其三維激光點坐標(biāo)圖如圖1所示：

2 三維激光掃描測量技術(shù)的應(yīng)用

圖2所示為一新車型側(cè)翼覆蓋件的三維圖形。該側(cè)翼覆蓋件經(jīng)成形模具沖壓成形后一般由相關(guān)的冶具進(jìn)行檢測，以確定其是否合格。冶具檢測主要是檢測側(cè)翼覆蓋件相關(guān)固定位置的精度以及冶具和塞尺共同使用對其變形量進(jìn)行有限的檢測。受冶具檢測的限制，無法檢測其變薄量、曲面弧度、彎曲角度等相關(guān)精度，使得側(cè)翼覆蓋件在裝配中無法得到設(shè)計的效果。針對此種狀況采用三維激光掃描測量技術(shù)能夠很好的檢測其相關(guān)精度。

圖2 側(cè)翼覆蓋件三維圖

圖3為激光掃描后經(jīng)相關(guān)的軟件對點云進(jìn)行處理后的側(cè)翼覆蓋件圖形。圖4為三維圖形與激光掃描處理后圖形進(jìn)行的疊拼圖。通過相關(guān)的軟件處理后可以看出其變形量的分布情況，如圖5、6、7所示。

圖3 處理后的側(cè)翼覆蓋件圖形

圖4 三維圖形與激光掃描處理后圖形進(jìn)行疊拼圖

圖5 側(cè)翼覆蓋件變形情況圖

圖6 側(cè)翼覆蓋件指定截面情況圖

圖7 側(cè)翼覆蓋件指定截面變形情況圖

3 結(jié)語

本文通過對三維激光掃描測量原理進(jìn)行分析并利用相關(guān)的設(shè)備對某車型的側(cè)翼覆蓋件成形后的質(zhì)量進(jìn)行研究，表明了利用三維激光掃描測量技術(shù)對成形件進(jìn)行實時檢測以控制其成形質(zhì)量。結(jié)果表明，采用該技術(shù)可以適時的監(jiān)測其成形質(zhì)量，為整車的裝配做好技術(shù)準(zhǔn)備。

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3-D Laser Scanning Measurement Technology in the Application of the Formation of Automobile Panels

Ye Sheng

(Electromechanical and Automation Engineering Department, Fujian University of Technology, Fuzhou 350108, China)

The forming process of automobile panels is affected by objective conditions such as material performance and forming conditions. 3D laser scanning measurement technology was introduced and portable coordinate measuring machine (CMM) was adopted to timely detect formation. The data was processed via specific software to control the forming quality of the panels. Faro’s portable CMM was employed to verify the practicability of such technology through the practical forming of an automobile panel. The results show that such technology can be used to dynamically detect the quality of automobile panels after forming and control its formation.

3D laser scanning measurement technology; automobile panel; formation; dynamic detection

福建省科技平臺建設(shè)項目（2008J1002），福建省科技平臺建設(shè)項目（2007H2009）。