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三坐标测量机 |
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基于FARO测量臂及软件CAM2的Mule car车身硬点试制和底盘硬点验证 |
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作者： |
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随着政府对汽车行业扶持力度的加大，中国的汽车行业显现出前所未有的良好发展形势，中国的汽车研发和生产步入了快车道；国际金融危机的影响致使国外汽车行业加快了进军中国市场的步伐。这就对国产自主品牌的研发提出了更新、更高的要求，国产自主品牌要想适应这巨大的压力和面对这一行业快速发展的大好机遇，为适应这种形势，就必须在有限的产品开发周期中推出更多的新产品，这个重任首当其冲地赋予了国产自主品牌的研发设计。国产自主品牌要想缩短产品开发周期，可以在正在开发的车身整体试制工作完成之前，通过对同一平台的现有的成熟车型的车身的改制，试制出Mule car，提前开始或完成底盘性能的设计验证工作，使车身开发工作和底盘开发和验证工作同时进行，这样，产品的开发周期就可以大大缩短。基于此Mule car改制方面考虑，Mule car车身硬点试制和底盘硬点验证就应运而生，Mule car车身硬点的试制和底盘硬点验证是整车开发过程中尤为重要的一个环节，尤其是现在汽车行业中整车开发周期大大缩短大环境下的一个利器。
FARO便携式测量臂以其自身硬件灵活的特性和软件CAM2的强大的功能，在制造业得到广泛的应用，它填补了平台式三坐标对改制车身和测量底盘硬点困难的空白。经过长时间的应用研究，实现测量坐标系和整车坐标系的拟合统一，为Mule car车身硬点的试制和底盘硬点验证提供依据；同时还可以实现测量坐标系下的测量数据对位到3D数据上进行偏差分析。
Mule car试制精度的高低对开发整车的动力学性能有着至关重要的意义，本文通过对某一Mule car试制过程车身硬点改制和试制之后的底盘硬点验证说明FARO在整车开发过程中的应用。
FARO 测量臂及CAM2平台概述
FARO CAM2适用于特征测量、验证工作，每一个经过测量的整车或零部件都可以与工程设计的3D CAD数据进行比较。而法如测量臂以其自身便携性、可靠性以及创新性被广泛应用于航空、汽车、金属制造和模具等制造业中，具有对齐、加工和模具检测、工件检测、首件检测，模具及冲模检验等功能。
Mule car车身硬点试制和底盘硬点验证流程图
在试制Mule car之初，首先要做的是制定车身硬点试制和底盘硬点验证流程图，这项工作很重要，流程图编制是否周全决定着车身硬点试制和底盘硬点验证工作是否能够顺利开展、实施以及准确无误的完成。图1是整个Mule car的试制计划，其中包含了车身硬点试制和底盘硬点验证等多方面的工作。 
图1 试制验证流程图
Mule car车身硬点试制
完成了Mule car试制计划中的前期一系列的工作之后，就开展关键步骤之一的车身硬点试制工作。车身硬点试制是在选定的成熟车身上进行的，在车身上进行更改底盘的安装点位置以达到Mule car的技术要求，将车身上的地盘安装位置焊接要求达到设计的整车坐标系下的坐标值，从而试制出一个高精度的Mule car试制车，如何实现这一的目标呢？经过多次的研究试验，借助于FARO便携式三坐标可以解决这一个技术难题。
首先，将测量坐标系拟合到整车坐标系下。将车身放置在举升机上后，在车子上找到四个车身焊接制造公差最小的基准特征，将这些特征的3D数据或坐标值导入或者是输入到CAM2软件中，构造标称值，再测量实际车身上的特征数据，利用软件中的拟合坐标系的功能将测量坐标系拟合统一到整车坐标系下。在选取基准特征的时候，遵循以下几个原则：
1、 基准特征空间距离最大化原则
2、 基准特征尽量在同一车身零件上原则
3、 基准特征冲压和焊接等制造公差最小原则
其次，根据Mule car车身硬点坐标焊接车身安装点。下面以Mule car后减震器安装支座的改制过程为例说明车身硬点试制的过程，如图2所示。车身安装点的焊接过程是一个相对复杂的过程，先要去除掉和Mule car设计不符的安装点，然后将改制过的车身件通过FARO测量臂的准确定位，焊接到车身上，焊接过程主要包括以下几个方面：
1、 硬点安装支架：制造新的车身安装支架或沿用原有车身安装支架。
2、 车身支架焊接步骤：①虚焊，固定在大致的位置；②利用FARO测量臂检查硬点坐标、安装平面（整车坐标系）及相应的轴线；③小幅度调整被焊接支架（边调整边用FARO测量臂检查），确保硬点误差在1mm内，安装平面角度误差小于0.5°；④局部固定被焊接支架，再确认硬点及安装平面，如有偏差，需调整（焊接会引起变形）；⑤完全固定被焊接支架，最后确认硬点及安装平面。
3、 车身硬点试制要确保局部强度、安装点刚度、整体刚度。
整个车身硬点试制过程是一个严谨而繁琐的过程，车身硬点试制的过程也就是车身硬点验证的过程，二者是一个同步、相辅相成的过程，待车身上的各个安装硬点按照预先方案精确试制完成之后，整个车身硬点试制工作顺利完成，接下来将底盘新开发件装配到试制好的Mule car试制车身上待Mule car底盘硬点验证。 
图2 减震器安装支座的改制过程
Mule car底盘硬点验证
Mule car底盘硬点验证是验证整车在某一载荷下的Mule car试制车的底盘硬点和设计底盘硬点是否一致性的工作。依照验证方案，将Mule car配载到某一规定载荷下，使其各轮载荷达到规定的设计值，载荷偏差不超过设计载荷的3%，如表1所示。 表1 配载结果（单位：kg）
 配载完成之后就可以开始Mule car底盘硬点的验证工作，Mule car底盘硬点验证是借助于FARO便携式测量臂以其自身硬件灵活的特性和软件的强大的功能，将测量坐标系与整车坐标系拟合统一，测量值与设计值进行对比。整车坐标系的拟合分为两种方法，一种是把底盘硬点全部测量出来之后，在数据后处理的过程中将测量坐标系拟合到整车坐标系下，另一种方法是在测量底盘硬点的时候将测量坐标系拟合到整车坐标系下，后者由于具有实时检测的功能，所以应用最为广泛，值得注意的是拟合的基准特征的选取遵循车身硬点试制特征选取原则，同时，尽量保证选取使用车身硬点试制特征选取原则，这样有助于分析前后两次测量坐标系和整车坐标系拟合统一偏差。Mule car底盘硬点测量内容包括所有涉及底盘性能相关的关键硬点项目。
测量工作完成后对Mule car底盘硬点验证，验证分析工作是最后的一项工作，在测量中由于不能全部直接测量到实际需要的底盘硬点，而是测量底盘硬点周边的一些特征要素，其中有平面、圆、圆柱、线、轴线等最为基本的特征要素，所以就要对数据进行进一步的处理，依据零部件的外形尺寸将测量结果进行相应的偏置，分析所有Mule car关键硬点的偏差，分析结果即为Mule car底盘硬点验证的最终结果。下面是副车架、后扭转梁、轮心位置以及下摆臂的分析结果，如图4、5所示。 
图4 副车架、后扭转梁分析结果
图5 轮心位置、下摆臂分析结果
总结
综上所述，Mule car车身硬点的试制和底盘硬点验证是利用FARO测量臂硬件的灵活性、可靠性和软件的强大后处理功能，有针对性地指导试制出精确的、满足设计和试验要求的Mule car，它的价值不仅仅在于试制出Mule car本身，而是在于它能够将整车研发周期大大地缩短，能够提前完成底盘的各项性能试验，争取到了宝贵的研发时间，使产品能够更快地投入到日益激烈的市场竞争中去。 (end)
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(2/3/2010) |
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