王永濤，盧好蕊

北京奔馳汽車有限公司 北京 100000

工業(yè)4.0背景下，生產(chǎn)線自動化程度越來越高，非裝配類質(zhì)量問題在生產(chǎn)質(zhì)量問題中的占比越來越高，且多數(shù)根本原因都和尺寸相關(guān)，諸如間隙面差及一致性，噪聲、漏水、干涉及功能失效等。而精益生產(chǎn)，不容許批量質(zhì)量問題造成的批量返修浪費(fèi)。成品車分析測量對問題區(qū)域相關(guān)零部件尺寸狀態(tài)進(jìn)行層層逆向測量，進(jìn)行尺寸鏈分析，用數(shù)據(jù)快速定位出問題根本原因，承擔(dān)著專家快速診斷的角色。

EagleEye是蔡司的一種激光掃描測頭，安裝在懸臂測量機(jī)上，測量行程可達(dá)14m，且小巧靈活，360°旋轉(zhuǎn)，測量范圍廣、靈活且精度高。

成品車分析測量技術(shù)難點(diǎn)

成品車分析測量的目的是通過測量設(shè)備快速定位出問題根源，形成優(yōu)化解決方案，故測量基準(zhǔn)的選擇、測量策略的制定、裝配關(guān)系的分析確定等都至關(guān)重要。

不同的問題所選用的測量方法不同，基本思路是先根據(jù)配合關(guān)系選擇測量基準(zhǔn)，即整車坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系。然后測量問題區(qū)域相關(guān)零部件的偏差，此偏差包含了裝配偏差和單件尺寸偏差。再通過測量裝配定位位置尺寸，分離出裝配偏差和單件尺寸偏差，層層剝離，最后分離出問題根源。

1.測量坐標(biāo)系基準(zhǔn)的選擇

成品車坐標(biāo)系分為整車坐標(biāo)系和各區(qū)域的局部坐標(biāo)系，不同的裝配關(guān)系分析問題時選用的測量基準(zhǔn)即坐標(biāo)系不同，有些問題適合用局部坐標(biāo)系測量，比如車門外圍匹配尺寸是以側(cè)圍為基準(zhǔn)，故適用側(cè)圍坐標(biāo)系測量進(jìn)行尺寸鏈分析，車門附件玻璃、門板等是裝配在車門上的，適合用車門坐標(biāo)系進(jìn)行測量。而前杠、后杠、頂蓋及座椅等區(qū)域的問題都會受側(cè)圍姿態(tài)的影響，更適合用整車坐標(biāo)系進(jìn)行分析測量。一臺車的設(shè)計(jì)有十余個坐標(biāo)系，表1展示了車輛上常見的幾種坐標(biāo)系。

表1 車輛常見的幾個局部坐標(biāo)系

如圖1所示，整車坐標(biāo)系建系點(diǎn)在車輛前橋和后橋，決定了測量設(shè)備的行程必須覆蓋全車，且建系精度需在0.1mm范圍內(nèi)。成品車底盤懸測點(diǎn)附近空間非常狹小，僅可容納1cm直徑的測桿探入進(jìn)行測量，如圖2所示。故而整車坐標(biāo)系的建系僅能依靠接觸式測量設(shè)備完成。而大部分光學(xué)測量設(shè)備都無法實(shí)現(xiàn)整車坐標(biāo)系的建立。

圖1 整車建系點(diǎn)分布區(qū)域

圖2 整車系Z1點(diǎn)測量位置

局部坐標(biāo)系因所涉及范圍小，光學(xué)測量設(shè)備量程可覆蓋，故探針接觸式測量和光學(xué)測量都可以完成建系工作。

為保證測量出來的尺寸偏差可直接指導(dǎo)車間進(jìn)行車身尺寸優(yōu)化，測量所選用的整車坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系都需采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，和裝焊白車身的測量基準(zhǔn)一致。

2.Eagle Eye建立整車坐標(biāo)系

局部坐標(biāo)系比如尾燈開口系、加油口蓋坐標(biāo)系等，坐標(biāo)系范圍小，E a g l e E y e測量行程都可以覆蓋，所以可直接建系進(jìn)行測量。但整車坐標(biāo)系因?yàn)榻ㄏ祷鶞?zhǔn)在底盤前后橋區(qū)域，而成品車因裝配了底盤懸架，間隙點(diǎn)附件零件繁多，測量空間狹小，故幾乎所有光學(xué)設(shè)備都無法進(jìn)行測量，但EagleEye是裝配在蔡司測量臂上進(jìn)行測量的，是一個光學(xué)測頭，與探針測頭可以柔性切換，故而可以探針測量建系（見圖3），直接再將探針測頭切換為光學(xué)測頭（見圖4），坐標(biāo)系可自動識別，實(shí)現(xiàn)了快速整車坐標(biāo)系建系和光學(xué)測量的效果。

圖3 探針建系測量

圖4 EagleEye探頭切換直接測量

3.Eagle Eye測量不同特征元素

Eagle Eye是基于光學(xué)三角理論設(shè)計(jì)的線激光掃描測頭傳感器，發(fā)出的IEC60825－1/EN60825－1標(biāo)準(zhǔn)2M等級激光。激光發(fā)射窗發(fā)出的線性激光會被測量物體表面反射。光會反射到各個方向，其中一部分會被CCD相機(jī)窗口接收，軟、硬件將會放大并記錄這個信號。如圖5～圖7所示。

圖5 激光掃描頭光束范圍

圖6 激光掃描頭的數(shù)據(jù)采集范圍

成品車測量的目的是通過尺寸鏈分析，用數(shù)據(jù)快速定位出問題根源，可以解決的尺寸問題覆蓋了所有內(nèi)外飾，諸如噪聲、漏水、間隙面差、干涉及配合不良等都可以通過成品車分析測量快速找尋到問題根本原因。

但車輛內(nèi)外飾數(shù)千種零部件的材質(zhì)、形態(tài)等都不相同。目前主流的測量設(shè)備是探針接觸式測量和光學(xué)設(shè)備，光學(xué)設(shè)備又有GOM藍(lán)光拍照，手持激光掃描儀和FARO關(guān)節(jié)臂等。但GOM無法探入車內(nèi)進(jìn)行內(nèi)飾件的測量且無法建立整車坐標(biāo)系；FARO關(guān)節(jié)臂測量精度稍低，行程有限且無法建立整車坐標(biāo)系；手持激光掃描儀也無法建立整車坐標(biāo)系，精度也比Eagle Eye稍差。表2總結(jié)了各種測量設(shè)備的適用場景及優(yōu)略勢。

表2 成品車分析測量主流設(shè)備及使用場景

應(yīng)用方法

成品車分析測量不僅是測量，還需要有清晰的思維邏輯進(jìn)行問題分析，才能快速測量出問題根本原因，故需要有問題分析的方法指導(dǎo)測量。常用的問題分析方法有8D問題分析法、5W問題分析法和Deltalyze方法等。

如圖8所示，一個完整的分析測量過程應(yīng)該包括以下步驟：

圖8 分析測量方法及過程

1）客戶需求及問題背景分析。

2）測量策略制定，比如坐標(biāo)系的選擇、測量方法的確定等。

3）測量數(shù)模準(zhǔn)備及程序編寫。

4）建立坐標(biāo)系，測量輸出報(bào)告，報(bào)告分析，基于初步分析結(jié)論進(jìn)一步測量。

5）匯總報(bào)告行成問題結(jié)論及優(yōu)化措施。

6）驗(yàn)證優(yōu)化措施。

成品車分析測量實(shí)例

通過對反光差的黑色車漆鈑金、塑料內(nèi)飾件、布紋內(nèi)飾件等進(jìn)行測量驗(yàn)證不同材質(zhì)的影響。效果都和探針測量進(jìn)行比對，計(jì)算關(guān)系如下：

式中YEagleEye——EagleEye測量結(jié)果，單位為mm；

YProb——探針測量結(jié)果，單位為mm；

ΔYDeviation——偏差評估，單位為mm。

各種材質(zhì)測量出的偏差見表3。

表3 各種材質(zhì)的測量偏差

經(jīng)過上述驗(yàn)證，EagleEye適用車輛大部分內(nèi)外飾分析測量。成品車分析測量嚴(yán)格按照前述流程及步驟，層層剝離，即可快速定位問題根源。

1.鈑金測量案例

某車翼子板和前門平順度上下一致性超差，標(biāo)準(zhǔn)是0～1mm，實(shí)測1.5mm。無法確定是什么原因引起的。用手摸是波浪形的，用傳統(tǒng)的探針測量可以測量出偏差來源，但需要很密集的測點(diǎn)，耗時長，且偏差結(jié)果不直觀，測量信息有限。此問題用光學(xué)掃描設(shè)備，效果更為理想。

車門的匹配問題用側(cè)圍坐標(biāo)系更合適，但因?yàn)榻ㄏ迭c(diǎn)在前門位置，建立側(cè)圍系需要將前門拆掉，破壞問題表象。故只能采用整車坐標(biāo)系進(jìn)行測量，如圖9所示。

圖9 翼子板和前門匹配狀態(tài)掃描

車漆是黑色的，但測量的點(diǎn)云質(zhì)量狀態(tài)非常好，通過測量發(fā)現(xiàn)翼子板上部外閃，下部內(nèi)凹，前門上下調(diào)節(jié)。故偏差主要根源來自翼子板，下一步對翼子板裝配位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，看改善效果，經(jīng)過驗(yàn)證，裝配也有影響，但比較低。翼子板單件進(jìn)行掃描測量，偏差都在合格范圍內(nèi)，但不太好。

經(jīng)過驗(yàn)證將翼子板Y向尺寸總體狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，問題消失，開始批量處理。

2.膠皮、內(nèi)飾等的測量案例

某車型門洞膠條鼓包，將膠條材料和頂襯邊沿進(jìn)行優(yōu)化后問題沒有改善，顧客需求制定測量方案，找尋問題根源，如圖10和圖11所示。

圖10 門洞區(qū)域尺寸測量

圖11 膠條鼓包區(qū)域測量

通過測量，發(fā)現(xiàn)膠皮表面鼓包將近3.5mm，頂襯邊沿狀態(tài)OK，B柱飾板尺寸偏差在1mm左右。將膠條拆除測量膠條安裝法蘭及頂襯的折邊狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)頂襯的折邊形態(tài)和數(shù)模不符，偏差較大，推動商家進(jìn)行折邊優(yōu)化，問題最終解決。

結(jié)語

通過實(shí)例及測試驗(yàn)證，EagleEye可以很好地應(yīng)用于成品車分析測量，彌補(bǔ)目前主流的探針設(shè)備觸發(fā)力大無法直接測量車輛軟內(nèi)飾和光學(xué)測量設(shè)備無法建立整車坐標(biāo)系及無法自如探入車內(nèi)測量車輛內(nèi)飾的問題。能夠大大提升分析測量的測量能力和效率。