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汽车钣件部品的质量控制 - 利用数字化的扫描设备

　　世界知名车厂Volkswagen 与 世界第一的扫描设备GOM ATOS 一起合作，将这成功的案例分享给大家。

汽车工业的质量管理与质量控制在组织世界各地的供货商越来越重要，最大的挑战是不同的供货商提供不同的部件，一起到组装生产线时必须能毫无接缝的被组装起来。这些检测以往都是使用CMM’s (三次元坐标测定仪)，将成品放置上客制化的治具上面，利用点测得到少量的点数据，利用这些点来产生一份检测报告。

　　当我们需要做自由曲面或者是规则外观形状检测时，CMM’s 在有限的时间内无法提供高密度的点数据。然而，光学式扫瞄设备可以快速得到高密度点云，为了这些应用，特别的检测软件Polyworks因此被开发出来，可以完全利用光学式扫瞄设备的各种优势，让质量控制变的弹性并且有效率。

         

图片１：扫描完成的点数据　　　　          图片２：三角网络化的点资料

　　但是光学式扫瞄设备以往定义边界线与尖角线的3D位置点有很大的困难，边界线与孔位在检测工作也是很重要的一环，例如：钣金件的量测工作还是经由CMM’s与移动式三次元来执行。

　　ATOS扫瞄设备当安装新版本软件，”特征线 ”可以利用半自动的方式来定义，使用这个新模块，边界线与孔位线可以被精确的定义，并且数据包括在3D数字点云数据里面。藉由这笔数据，质量控制软件可以将这些数据快速地作几何形状的分析，将这些边界线与孔位线拿来与图档作比较。

　　这个流程是验证冲压后的Volkswagen钣金件，使用ATOS扫瞄设备与新版软件。在ATOS软件使用新的”特征线”模块，孔位与边界线用办手动的方式来定义(图片3.)。在图片4，清楚并且准确的数据显示在同一个窗口内(图片1.)，并且与CAD图档在同样的坐标系统内。

        

图片3:边界线的撷取操作，左图为孔位线，右图为边界线

图片4: 撷取完成的边界线数据

　　然后以CAD图档作为基准与被检测的点资料被一起汇入 INNOVMETRIC所开发的Polyworks/INSPECTOR来做检测分析。

　　如果被检测物是够坚固，光学式扫瞄设备可以不需要特定的治具来做扫描，这会是一个快速且弹性的检测方式，这样”简单易用”的扫描将不会让被检测物弯曲来摆放到治具上面，产生良好的数据来了解可能在组装产生的问题。此外这样的资料可以让你利用不同的定位方式验证与它的CAD图档造成不同的误差，让你分析进而了解误差是因为定位而造成或者是被检测物本身所造成的变形。如果需要，被检测物可以放置在治具上面来保持它的形状，如果被检测物再做一次扫描，独立的放置并且不放在治具上，藉由这个方式我们可以来了解组装之后所造成的变形误差。利用ATOS做这样的变形分析每天固定在很多汽车公司执行，藉由这样来分析汽车的内装件与外装件。

　　从CMM’s的”传统”质量报告被进化后，基于光学式扫瞄设备ATOS得到一个更清楚详细的点数据，此外，在3D窗口内可以看到利用颜色来代表误差量的多寡更容易的来做判别，利用这些工具，产品的Go or No-Go更是一目了然，这个方式可以让我们实时判别有可能造成问题的地方。这是一个标准的质量控制流程，生产更好质量的产品并且让生产的费用更低，并且更简单生产流程中管理质量。

　　ATOS扫瞄设备的数据可以为ASCII、SURF与STL(三角网格点资料)。此外，断面的数据可以被运算输出成ASCII、IGES、VDA、ISO与STRIM格式，特征线的数据在ATOS软件可以被输出成ASCII、IGES、VDA与PW-feature-line格式。

　　扫瞄数据被汇入到Polyworks使用”SURF”格式与PW-feature line格式。使用这些格式，数字数据已经完美整合在软件内，拟合几何元素成为”孔”数据，使用最佳拟合或者是最大与最小的圆孔。此外，静态的误差数值也被运算完成并可见。

　　ATOS扫瞄点数据的定位-将ATOS扫瞄设备的点数据，与图文件最佳拟合定位或者使用RPS基准点定位。

　　在汽车工业使用RPS定位方式非常普遍(利用基本特征或者是特定区域平面)，以某一个孔或者支撑面作为定位基准(图片5.)。RPS定位方式与CMM’s订做专用治具的定位方式是一样的原理，将扫瞄好的点数据作定位，让数据跟CAD图文件成为同一个坐标系统。

图片5: 从福斯得到的图文件与扫描数据作RPS定位

ATOS扫瞄点数据与CAD图文件比对后的误差值

　　当作好定位的动作，所有的点数据与图文件之间的误差值就被运算出来。此外，您也可以在特定的地方打出误差比较点，知道该地方的实际误差数值，一个误差彩图现在可以被显示，因为藉由ATOS得到大量且详细的点数据，藉由设定误差彩图的颜色，我们就可以很快的清楚了解产品是否超出允许公差，在哪个部位有变形的现象，轻易的就能够达成质量管理评估。

        

　　图片6: 误差彩图　　　　　　　          　图片7:特定地方的误差比较点

   
断面分析

　　为了更了解产品的误差，断面分析可以计算样品与CAD图档，一样用颜色来表示误差量。

图片8:断面分析

验证边界线

　　为了验证产品边界线的准确性，从ATOS得到特征线的数据拿来与图文件的边界线来做比较。这里我们可以立刻得到精确的数值，沿着图档界线的法线方向与切线方向误差量(剪边线与回弹的误差分析)可以立刻看到。

            

图片9. 边界回弹分析                 　　图片10. 剪边线分析

输出检测结果的报告

　　为了能够让检测的过程与结果文件化，各种的表格与图片可以输出成各种不同的报告格式，包括：Word、Excel、HTML与PDF格式，让其它人可以了解检测的结果。此外，Polyworks可以提供3D的报告，只要安装IMViewer软件，就可以在自己的计算机3D翻转我们的检测对象，并且可以在软件内打误差比较点与量测尺寸，让看其它人更了解生产出来的产品，也便于做沟通的工作。