三坐標(biāo)測(cè)量在零件安裝波動(dòng)中的應(yīng)用

葉領(lǐng)升，陳細(xì)勇，呂寧

（廣汽本田汽車(chē)有限公司技術(shù)部 產(chǎn)品技術(shù)科，廣東 廣州 510700）

引言

隨著汽車(chē)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)要求日益提高，外觀配合的好壞直接影響消費(fèi)者的第一印象，為了不斷提高車(chē)身外觀品質(zhì)，滿(mǎn)足顧客需求，便攜式關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)憑借其靈活應(yīng)用的特點(diǎn)及不俗的精度，在行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越普及。本文將結(jié)合便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在整車(chē)測(cè)量使用“蛙跳”點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)移的理論分析，對(duì)“蛙跳”點(diǎn)的功能進(jìn)行研究并優(yōu)化，擴(kuò)大便攜式關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在整車(chē)檢證中的應(yīng)用，達(dá)到優(yōu)化整車(chē)檢證的目的。

1 整車(chē)坐標(biāo)系的建立

整車(chē)坐標(biāo)系是整車(chē)上每個(gè)構(gòu)成零件唯一坐標(biāo)系，如圖1：

圖1 整車(chē)坐標(biāo)系示意圖

由于零件均在整車(chē)坐標(biāo)系下，確認(rèn)實(shí)物零件精度是否在設(shè)計(jì)公差內(nèi)時(shí)，可以以三坐標(biāo)在整車(chē)坐標(biāo)系下對(duì)該零件進(jìn)行尺寸測(cè)量。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自身有坐標(biāo)系，三坐標(biāo)測(cè)頭在每個(gè)位置所測(cè)量的坐標(biāo)值均以初始坐標(biāo)原點(diǎn)為坐標(biāo)系，通過(guò)運(yùn)算計(jì)算出側(cè)頭位置。如圖2：

圖2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)系示意圖

由于整車(chē)坐標(biāo)系與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)系為不同坐標(biāo)系，在進(jìn)行零件測(cè)量時(shí)就必須先建立統(tǒng)一坐標(biāo)系，可理解為整車(chē)坐標(biāo)系與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)坐標(biāo)系合并。如圖 3，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)系（X’,Y’,Z’）重合至整車(chē)坐標(biāo)（X，Y，Z）。

圖3 整車(chē)坐標(biāo)系建立后示意圖

三坐標(biāo)坐標(biāo)系與零件坐標(biāo)系重合[1]，測(cè)頭測(cè)量的位置就是在整車(chē)坐標(biāo)系下相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，利用測(cè)量的數(shù)據(jù)與零件的設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，即可計(jì)算出零件實(shí)際狀態(tài)與理論狀態(tài)下的偏差。

2 “蛙跳”的原理

由于便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)本身存在測(cè)量行程的限制，而整車(chē)空間尺寸一般較大，便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)難以在同一坐標(biāo)下將較大的范圍一次測(cè)量完畢（如整個(gè)前圍的所有配合零件）。使用“蛙跳”的方式可以，即在移動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的情況下也能保證在同一坐標(biāo)系下完成測(cè)量。

下面講解“蛙跳”的原理?！巴芴钡脑砣鐖D4所示：

圖4 “蛙跳”點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)移示意圖

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在位置1時(shí)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量整車(chē)基準(zhǔn)點(diǎn)并建立坐標(biāo)系，測(cè)量三個(gè)蛙跳球A、B、C的坐標(biāo)值a、b、c。并測(cè)量該部位需測(cè)量的要素；移動(dòng)三坐標(biāo)至位置2,保證在該位置下能測(cè)到相同的三個(gè)蛙跳點(diǎn)），在位置2處以三個(gè)蛙跳點(diǎn)（a，b，c作為坐標(biāo)點(diǎn)）建立坐標(biāo)系②，測(cè)量①坐標(biāo)系下未能測(cè)量的要素；通過(guò)蛙跳點(diǎn)能將①②所測(cè)量的要素整合至同一坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)較大范圍的零件在同一整車(chē)坐標(biāo)系下進(jìn)行測(cè)量分析。

常用“蛙跳”點(diǎn)分球頭“蛙跳”點(diǎn)與凹槽“蛙跳”點(diǎn)實(shí)物圖5：

圖5 “蛙跳”點(diǎn)示意圖

球頭“蛙跳”點(diǎn)：精度高，常用于精度需求非常高的場(chǎng)合，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自身精度點(diǎn)檢等。由于體型較大，價(jià)格昂貴，一般檢證較少使用。

凹槽“蛙跳”點(diǎn)：精度相對(duì)于球頭“蛙跳”點(diǎn)稍差，但能滿(mǎn)足對(duì)于整車(chē)或零件測(cè)量精度測(cè)量用，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小，便于一般測(cè)量使用。

從上述對(duì)“蛙跳”的理論分析得知，通過(guò)合理的布置蛙跳點(diǎn)，實(shí)施有效的坐標(biāo)轉(zhuǎn)移，可達(dá)到在同一坐標(biāo)系下延伸三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍，提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在整車(chē)檢證中的應(yīng)用。

3 “蛙跳”功能在零件安裝波動(dòng)中的檢證作用

3.1 “蛙跳”零件安裝波動(dòng)檢證的理論分析

圖6 使用間隙尺、段差計(jì)測(cè)量

零件在完成車(chē)上的精度不僅僅受零件本身精度的影響，同時(shí)受到安裝本體定位/安裝孔的精度、對(duì)手件配合位置的精度、安裝手法精度波動(dòng)等影響。對(duì)于零件本身精度可通過(guò)零件檢具進(jìn)行確認(rèn)，安裝本體的定位/安裝孔及配合位置的精度可通過(guò)三坐標(biāo)精度測(cè)量確認(rèn)。而零件安裝波動(dòng)，如尾燈安裝后外部周邊的配合位置精度的波動(dòng)，由于外形通常為曲面，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般的掃描外觀面難以判斷具體的偏移方向。過(guò)往做法是使用測(cè)量工具（如：段差計(jì)、間隙尺等），在每次安裝后測(cè)量標(biāo)定點(diǎn)的數(shù)值。重復(fù)安裝一定次數(shù)后對(duì)比每次安裝后的測(cè)量數(shù)據(jù)，由此得出安裝波動(dòng)的精度波動(dòng)量。如圖6。

上述方式人工測(cè)量偏差較大，錄入數(shù)據(jù)量大，容易出錯(cuò)。

通過(guò)對(duì)“蛙跳”點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)移的理論分析，“蛙跳”點(diǎn)理論上在檢證零件安裝波動(dòng)是可行的，如使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)現(xiàn)零件安裝波動(dòng)檢證，那么就可以降低人工測(cè)量偏差及錄入數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)的問(wèn)題。下面對(duì)“蛙跳”點(diǎn)在零件安裝中的波動(dòng)檢證的原理及應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。

“蛙跳”在零件安裝中的波動(dòng)原理如圖 7。在零件上布置“蛙跳”點(diǎn)1～6（“蛙跳”點(diǎn)的布置于零件檢證相關(guān)）。因“蛙跳”點(diǎn)固定在零件本體，即零件在非內(nèi)部變形狀態(tài)下，“蛙跳”點(diǎn)相對(duì)于零件本體位置是固定不變的（例：“蛙跳”點(diǎn)1相對(duì)零件位置（a，b），與零件整體位置偏移后“蛙跳”點(diǎn) 1’相對(duì)零件本體位置（a’,b’）是相同的）。憑借“蛙跳”點(diǎn)在零件中相對(duì)位置固定不變，可以測(cè)量零件在每次安裝中（一般零件的安裝不會(huì)導(dǎo)致零件本次精度的變化）“蛙跳”點(diǎn)的尺寸，通過(guò)測(cè)量軟件換算即可得出兩次安裝中的（X，Y，Z）的精確變化量。

圖7 “蛙跳”點(diǎn)在零件安裝波動(dòng)中的原理圖

1～6點(diǎn)變化量：（X- X’，Y- Y’，Z- Z’），而空間變化量（安裝1與安裝2每點(diǎn)的空間最緊距離）測(cè)量軟件也可以顯示。

3.2 “蛙跳”在零件安裝波動(dòng)檢證中的應(yīng)用

零件安裝波動(dòng)檢證流程如下流程圖：

圖8 流程圖

以尾燈安裝為例，說(shuō)明使用三坐標(biāo)測(cè)量完成波動(dòng)量數(shù)據(jù)檢證：

（1）按安裝零件的屬性，安裝波動(dòng)可準(zhǔn)備焊裝的白車(chē)身、涂裝后的白車(chē)身或完成車(chē)。

（2）為方便每次零件安裝后坐標(biāo)建立的便利性，將“蛙跳”點(diǎn)布置與被測(cè)零件的周邊，在初次建立整車(chē)坐標(biāo)后通過(guò)“蛙跳”點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)移，免除每次零件安裝后都重復(fù)進(jìn)行整車(chē)坐標(biāo)的建立（整車(chē)坐標(biāo)取坐標(biāo)建立點(diǎn)范圍較大，測(cè)量難度較大）。如圖9：

圖9 坐標(biāo)點(diǎn)示意圖

（3）在尾燈周邊布置“蛙跳”點(diǎn)（布置點(diǎn)反映尾燈周邊配合重要位置），如圖10：

圖10 “蛙跳”測(cè)量點(diǎn)示意圖

（4）確保車(chē)身與三坐標(biāo)固定穩(wěn)固，兩者相對(duì)位置不變。如圖11：

圖11 車(chē)身與三坐標(biāo)放置示意圖

（5）以后圍整車(chē)坐標(biāo)系基準(zhǔn)孔建立坐標(biāo)，然后點(diǎn)測(cè)“蛙跳”坐標(biāo)轉(zhuǎn)移點(diǎn)，并將“蛙跳”坐標(biāo)轉(zhuǎn)移點(diǎn)的測(cè)量值設(shè)置成名義值，作為下次測(cè)量的整車(chē)坐標(biāo)系的坐標(biāo)基準(zhǔn)孔。如圖12：

圖12 整車(chē)坐標(biāo)系建立示意圖

（6）測(cè)量尾燈周邊的“蛙跳”測(cè)量點(diǎn)，并將測(cè)量值設(shè)定為名義值，該測(cè)量文檔作為后續(xù)安裝的基準(zhǔn)。如圖13：

圖13 “蛙跳”測(cè)量點(diǎn)處理示意圖

（7）尾燈拆解后，重復(fù)安裝尾燈。以步驟6）建立的基準(zhǔn)文檔中的“蛙跳”點(diǎn)基準(zhǔn)坐標(biāo)建立整車(chē)坐標(biāo)系，然后以尾燈上的“蛙跳”點(diǎn)的名義值基準(zhǔn)定義測(cè)量值，測(cè)量本次尾燈安裝后的數(shù)值。測(cè)量軟件通過(guò)運(yùn)算，直接顯示次安裝與第一次安裝的變化量。如圖14

圖14 零件波動(dòng)測(cè)量結(jié)果圖

重復(fù)多次安裝尾燈，并以步驟 7）測(cè)量每次安裝后的數(shù)值與第一次安裝的數(shù)值對(duì)比。

（8）將多次安裝波動(dòng)的數(shù)值導(dǎo)出，生成變化量圖表 X方向變化量：

X方向變化量：

Y方向變化量：

Z方向變化量：

圖15 零件安裝波動(dòng)量數(shù)據(jù)分析圖表

從變化量圖標(biāo)數(shù)據(jù)能直觀看出，（X，Y，Z）方向尾燈安裝波動(dòng)量處于較好的水準(zhǔn)，波動(dòng)量MAX為Z方向的第9,10點(diǎn)，在0.4mm以?xún)?nèi)，可判斷該車(chē)型尾燈安裝穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)數(shù)據(jù)也能體現(xiàn)出尾燈安裝后波動(dòng)的趨勢(shì)，針對(duì)每個(gè)波動(dòng)點(diǎn)的趨勢(shì)，可使零件或?qū)?yīng)的車(chē)身往有利方向配合改修，使外觀配合跟接近規(guī)格中值，往高品質(zhì)目標(biāo)靠近。

4 小結(jié)

本文應(yīng)用便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量特性，通過(guò)理論分析“蛙跳”點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)移的使用特性，并通過(guò)展開(kāi)應(yīng)用，將“蛙跳”點(diǎn)從坐標(biāo)轉(zhuǎn)移的單一功能延伸至測(cè)量零件的波動(dòng)量的檢證中。本文僅以尾燈安裝波動(dòng)為例子說(shuō)明，“蛙跳”點(diǎn)測(cè)量零件的變化量同時(shí)可適用于“發(fā)罩/尾蓋安裝穩(wěn)定性”，“尾蓋/發(fā)罩受力檢證”，“前杠下沉量檢證”等相關(guān)的安裝波動(dòng)或受力變形檢證中。對(duì)比傳統(tǒng)的使用間隙尺/段差計(jì)等人手逐以測(cè)量，“蛙跳”點(diǎn)測(cè)量能體現(xiàn)（X，Y，Z）三方向精準(zhǔn)的測(cè)量?！巴芴秉c(diǎn)測(cè)量在完成車(chē)檢證中將會(huì)越來(lái)越普及。

[1] 李明,費(fèi)麗娜.幾何坐標(biāo)測(cè)量應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用.2012年11月出版.