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汽车饰件测量坐标系的建立 |
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作者：延锋伟世通汽车饰件系统有限公司 朱敏 朱顺华 |
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[摘要] 本文阐述了汽车饰件在三坐标测量中依据基准点系统建立车身坐标系，以符合各大汽车厂商对零部件测量的要求。
关键词：三坐标测量 基准点系统 测量基准
1 引言
随着汽车开发技术的不断提高，各大汽车厂商纷纷引入汽车基准点系统，如：大众公司的“RPS”基准系统，通用公司GD&T 图纸中的“Datums”也描述了产品的定位基准点，两者的目的基本一致，使汽车零件在设计－开发－装配－总装－测量所有部门都采用统一的基准点定位系统，减少总成及零部件因基准不协调而产生的偏差，以改善生产过程的稳定性[1]。所以汽车零件的测量也应紧紧按照基准点系统建立测量坐标系，才能真正体现零件在装车状态下与车身或其它零件的定位与匹配情况。
2 问题的提出
我公司生产汽车饰件，对汽车饰件的测量我们一般采用将零件与三维数模的比较测量，许多汽车饰件没有可供三坐标建立其整车坐标系的特征元素，如：平面、直线、孔等，如何使测量坐标系准确地转换到车身坐标系，这是三坐标测量的关键，这将直接影响到测量的结果。
3 建立测量坐标系的方法
3.1 方法简介
我们一般采用两种方法。一是设计制造专门的测量工装，将“RPS”点或“Datums”点作为零件的支撑定位点，即按照装车状态将零件固定于测量工装上，在测量工装的地板平面设置测量基准，以实现与汽车坐标系联系起来。这种方法对于体积大、材质软、易变形的零件是必须的，如：保险杠、门内饰板。这种方法对测量工装的设计制造要求很高，既要考虑测量工装的精度和安装的合理性，还要进行MSA 的分析。另一种方法是直接在零件上将“RPS”点或“Datums”点转换为测量基准，这种方法适合于不变形的零件测量，可以省去设计制造测量工装的费用，降低测量成本，但在测量技巧上要求较高，因为汽车饰件的种类很多，要理解分析产品的三维数模（Mathdata），产品图中的RPS 表（德国大众标准）或GD&T图纸中的Datums 表（美国通用标准）或其它类似的基准信息，应用三坐标测量软件将基准点转换到车身坐标系。以下着重介绍第二种方法。
3.2 坐标系的转换
我们先简单介绍一下汽车的基准点系统。和任何一个物体在三维空间中占用六个自由度一样，汽车零部件在汽车总坐标系中的明确放置必须约束六个自由度，在实际操作中可采用3－2－1 的法则，它规定了支撑位置的分配[1]：
Z 方向3 个支撑位（约束Z 平动，X 旋转和Y 旋转）；
Y 方向2 个支撑位（约束X 平动和Y 平动）；
X 方向1 个支撑点（约束Z 旋转）。
我公司使用的三坐标测量软件是法国的“PreludeINSPECTION”，在国内是第一家使用，通过研究积累了一些汽车饰件的测量经验。
以下举一个风管的例子，介绍如何利用基准点系统来建立测量基准。风管的基准点系统见图1。
图1
步骤：
(1) 分析零件的RPS 基准系统
RPS1 为特征孔，RPS2、RPS3、RPS4 为非特征点，它们都是该零件的支撑位，我们按照3－2－1 法则分析，Z 方向的3 个支撑点是孔（RPS1）、曲面点（RPS2Fz）、曲面点（RPS3Fz），X 方向的支撑点是孔（RPS1）、曲面点（RPS4Fx），Y 方向的支撑点是孔（RPS1），零件的6 个自由度得到了约束。
(2) 建立基准[2]
根据上述条件，我们先建立三坐标测量的第一基准，可以编制一个测量程序，将该零件的孔（RPS1）设为固定点，将RPS2Fz、RPS3Fz、RPS4Fz 设在一个曲面里，根据RPS1、RPS2、RPS3Z 向理论值设置假想平面PLAN1，通过旋转定为Z 轴，根据RPS1、RPS4 的X 的理论值设置假想线LIN，旋转定为Y 轴，RPS1 的理论值X、Y、Z 设置为原点。
(3) 测量
手动测量这些RPS 点在零件上的大致位置，让计算机找到手动采点与真实点之间的偏差，若存在偏差较大，可按计算机显示的偏差进行手动修正测量，若偏差较小，计算机就会默认通过。
(4) 拟合
在第一基准的基础上设立第二基准，用best－fit 对RPS2Fz、RPS3Fz、RPS4Fz 点进行拟合，让三坐标测量机自动去测量，检查测量偏差，在第二基准的基础上用上述方法再设立第三基准...，依次类推，我们可以进行多次拟合，建立多次基准，观察拟合结果，每次拟合后偏差会逐渐减少直至趋于一致。若一个零件在制造过程中比较稳定的话，通过3～5 次的best-fit，测量结果中反映出一组RPS 的最终拟合偏差小于零件本身公差带的十分之一以下，反之说明零件在制造中已发生了变形。风管的公差为±0.5mm，即RPS的最后拟合结果≤0.1mm 即可。图2 是风管RPS 的拟合结果。
图2
备注：图2 中FS_1 表示第一次拟合的结果，FS_2 表示第二次拟合的结果...FS_5 表示第五次拟合的结果，POS_1表示孔（RPS1）的位置度偏差。
图中显示：该零件的第一次拟合至第三次拟合的偏差在逐步减少，第三次拟合至第五次拟合的偏差在很小的范围内波动，以趋于稳定，验证孔（RPS1）的偏差仍为零，所以整个测量基准已和RPS 测量基准系统吻合了。
(5) 结果分析
通过测量发现，当零件通过基准点系统定位，定位点拟合至偏差很小时，其它匹配点的测量结果也趋于一致，如图3 所示。
图3
备注：图3 中FS_01 表示第一次拟合的测量结果，FS_02 表示第二次拟合的测量结果，FS_05 表示第五次拟合的测量结果。图中显示，第三次拟合至第五次拟合的测量结果趋于一致。
我们也做过重复性试验，所得的最终测量结果也趋于一致。这说明我们采用的上述方法建立零件的测量坐标系是完全正确的。只有这样，才能真正体现零件在装车状态下与车身或其它零件的定位与匹配情况。
4 总结
汽车饰件的种类非常多，在车身上定位的方式也各不相同，我们在日常测量中经常采用直接在零件上定位的方法，根据不同的零件各自的特点，结合基准点系统以建立和车身坐标相联系的测量参考系，如：
以六个曲面点支撑的零件，两个定位的孔或销和一个曲面点支撑的零件，三个定位孔或销定位的零件，都可采用上述方法建立测量参考系，这样不但能反映出零件自由状态下的测量数据，而且可以节省制造测量工装的时间与费用，降低测量成本，同时也能满足基准点系统的测量要求。
参考文献
1 基准点系统基础（RPS）.上海大众汽车有限公司, 1997 年
2 PreludeINSPECTION6.0 测量软件操作手册.法国MATRADATAVISION, 2002 年(end)
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(5/8/2005) |
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