柔性掃描基準在TAC上的應用研究

李曉甜 丁煥強

摘 要：整車匹配檢具（TAC）模擬塊高昂的制造成本，短暫的使用周期，迅速衰減的使用頻率以及零互換性等特性，促使上汽通用汽車開始嘗試用數字掃描方式替代TAC 模擬塊做尺寸匹配分析。掃描測量至少需要3個基準球，但常規TAC上分布的基準球數量較少、分布間距較大，導致掃描幅度大而不得不采取全局拍照，耗時較長。在TAC重要區域多布置基準球，取消全局拍照步驟，可提高掃描效率。如此，基準球數量需求大，價格高，嘗試采用柔性掃描基準實現快速掃描，同時降低TAC制造成本。

關鍵詞：TAC;柔性掃描基準;掃描

0 前言

尺寸匹配活動中，各汽車廠使用的整車匹配分析工具（TAC）都會制作出95%以上內外飾零件的標準安裝點和模擬塊（約150個），超過一半以上的模擬塊在量產后使用頻率大幅下降，同時模擬塊是根據零件數模抽取其匹配面進行設計制造的，不同車型間零互換性，在種種限制下，上汽通用開始嘗試將3D數字掃描引入TAC，以取代傳統的模擬塊完成尺寸匹配活動。本文旨在提供一套全新的TAC掃描基準方案，解決3D數字掃描引入TAC后，由于基準球數量少而必須采用全局拍照測量導致的掃描低效問題。

1 柔性基準在TAC上的應用介紹

TAC保留了零件的標準安裝點，零件安裝到位后采用數字掃描獲得定位狀態下的點云，該點云必須擬合到車身坐標系下，才能進行零件匹配分析工作。掃描中零件數據采集的效率和質量直接影響了尺寸匹配工作的正常進行，其中坐標系擬合的過程就需要借助TAC上的基準實現，常規分布的基準球數量少，從而導致掃描面積較小的零件時掃描范圍仍然很大，而大范圍掃描時需要采用全局拍照測量進行拼接，效率較低。為提高掃描效率，必須取消耗時的全局拍照步驟，同時為了保證精度，需將單次掃描范圍控制在1m*1m內，且掃描范圍內需有3個以上基準球，相較于體積龐大的TAC，基準球需求量也很大（約100個），且掃描需要的啞光基準球單價高，考慮采用柔性掃描基準方案實現提效和降本。

2 柔性掃描基準設計方案

（1）柔性掃描基準設計思路：柔性掃描基準由4部分組成（圖1）：基準球+靶球基座+強磁鐵+TAC，在TAC本體上布置合適位置和數量的靶球基座，基準球通過強磁鐵吸附在靶球基座上，根據實際掃描需要移動基準球，實現基準球的柔性應用。

（2）柔性掃描基準結構：柔性基準靠強磁鐵吸附，機械結構設計須留有一定間隙，避免接觸。一是基準球與強磁鐵間設計預留0.5 mm間隙，二是靶球基座圓柱內徑設計為14 mm，而強磁鐵直徑設計為15 mm，形成一個擋板結構，兩個設計保證了工作狀態時基準球與強磁鐵脫離，避免影響精度和重復性。（圖2）

3 柔性掃描基準靶球基座方案及驗證

（1）三種靶球座結構。從柔性基準系統的設計中可以看出，除了基準球本身的球度外，靶球基座的形式及磁鐵的吸附力是影響精度和重復性的最主要因素。為得到最優方案，本次研究考慮了3種靶球基座結構，分別是圓柱、圓錐、三點圓?。ū?），并結合柔性基準的實際使用姿態進行了實驗驗證，探究柔性系統靶球基準結構和吸附姿態對球心精度和重復性的影響。

（2）實驗驗證。1）測量設備：CMM，Faro，SCAN;2）測量方法：三組不同形式的靶球基座兩兩一組分別固定在間隔1米測量棒上;基準球吸附在三組靶球基座上，放置角度充分考慮在TAC上的安裝姿態，設置了0°、45°、90°三種姿態，依次用CMM、Faro、Scans三種設備進行球心和球心距1*10重復性測試。3）實驗結果及結論。經測試，三種設備測量的球心及球心距的精度及重復性結果均符合TAC對掃描基準球的精度要求（0.05mm）。如上表所示，以CMM測量結果為依據選擇最優的三點圓弧的靶球基座作為柔性基準的基座，并在實際項目中應用驗證。

4 柔性掃描基準在TAC上的應用

如圖3所示，某車型的TAC上取消了后四角窗模擬塊，在四角窗區域范圍內設置了3個柔性基準靶座，TAC出廠前對基準球球心坐標進行重復性測試，并標注基準球球心坐標。尺寸匹配工作中利用基準球球心坐標建立坐標系，并將掃描點云擬合到車身坐標系，完成尺寸匹配工作。項目驗證結果符合要求。

5 結論

本文為掃描設備引入TAC提供了一種精度高，重復性好的柔性掃描基準方案，也豐富了各大汽車廠整車匹配分析工具的使用靈活性，為越來越多的剛性檢具逐步走向柔性提供了更大可能性?？焖賿呙璧玫竭B續的色差圖也為“數據驅動”的企業尺寸分析方法提供了更加高效的手段支撐。

參考文獻：

[1]周翰，張磊，吳炤峻.白車身虛擬匹配技術及應用[J].工藝裝備技術，2020（11）：169-171.

[2]沈忠民.整車匹配檢具（TAC）的發展[J].機械工程師，2020（03）：59-60.

[3]黃志宏.車身虛擬匹配分析方法探討--基于零部件檢具實測數據[J].裝備制造技術，2012（04）：97-101.