Eagle Eye 在汽車行業成品車分析測量中的應用研究

王永濤，盧好蕊

北京奔馳汽車有限公司 北京 100000

工業4.0背景下，生產線自動化程度越來越高，非裝配類質量問題在生產質量問題中的占比越來越高，且多數根本原因都和尺寸相關，諸如間隙面差及一致性，噪聲、漏水、干涉及功能失效等。而精益生產，不容許批量質量問題造成的批量返修浪費。成品車分析測量對問題區域相關零部件尺寸狀態進行層層逆向測量，進行尺寸鏈分析，用數據快速定位出問題根本原因，承擔著專家快速診斷的角色。

EagleEye是蔡司的一種激光掃描測頭，安裝在懸臂測量機上，測量行程可達14m，且小巧靈活，360°旋轉，測量范圍廣、靈活且精度高。

成品車分析測量技術難點

成品車分析測量的目的是通過測量設備快速定位出問題根源，形成優化解決方案，故測量基準的選擇、測量策略的制定、裝配關系的分析確定等都至關重要。

不同的問題所選用的測量方法不同，基本思路是先根據配合關系選擇測量基準，即整車坐標系和局部坐標系。然后測量問題區域相關零部件的偏差，此偏差包含了裝配偏差和單件尺寸偏差。再通過測量裝配定位位置尺寸，分離出裝配偏差和單件尺寸偏差，層層剝離，最后分離出問題根源。

1.測量坐標系基準的選擇

成品車坐標系分為整車坐標系和各區域的局部坐標系，不同的裝配關系分析問題時選用的測量基準即坐標系不同，有些問題適合用局部坐標系測量，比如車門外圍匹配尺寸是以側圍為基準，故適用側圍坐標系測量進行尺寸鏈分析，車門附件玻璃、門板等是裝配在車門上的，適合用車門坐標系進行測量。而前杠、后杠、頂蓋及座椅等區域的問題都會受側圍姿態的影響，更適合用整車坐標系進行分析測量。一臺車的設計有十余個坐標系，表1展示了車輛上常見的幾種坐標系。

表1 車輛常見的幾個局部坐標系

如圖1所示，整車坐標系建系點在車輛前橋和后橋，決定了測量設備的行程必須覆蓋全車，且建系精度需在0.1mm范圍內。成品車底盤懸測點附近空間非常狹小，僅可容納1cm直徑的測桿探入進行測量，如圖2所示。故而整車坐標系的建系僅能依靠接觸式測量設備完成。而大部分光學測量設備都無法實現整車坐標系的建立。

圖1 整車建系點分布區域

圖2 整車系Z1點測量位置

局部坐標系因所涉及范圍小，光學測量設備量程可覆蓋，故探針接觸式測量和光學測量都可以完成建系工作。

為保證測量出來的尺寸偏差可直接指導車間進行車身尺寸優化，測量所選用的整車坐標系和局部坐標系都需采用設計基準點，和裝焊白車身的測量基準一致。

2.Eagle Eye建立整車坐標系

局部坐標系比如尾燈開口系、加油口蓋坐標系等，坐標系范圍小，E a g l e E y e測量行程都可以覆蓋，所以可直接建系進行測量。但整車坐標系因為建系基準在底盤前后橋區域，而成品車因裝配了底盤懸架，間隙點附件零件繁多，測量空間狹小，故幾乎所有光學設備都無法進行測量，但EagleEye是裝配在蔡司測量臂上進行測量的，是一個光學測頭，與探針測頭可以柔性切換，故而可以探針測量建系（見圖3），直接再將探針測頭切換為光學測頭（見圖4），坐標系可自動識別，實現了快速整車坐標系建系和光學測量的效果。

圖3 探針建系測量

圖4 EagleEye探頭切換直接測量

3.Eagle Eye測量不同特征元素

Eagle Eye是基于光學三角理論設計的線激光掃描測頭傳感器，發出的IEC60825－1/EN60825－1標準2M等級激光。激光發射窗發出的線性激光會被測量物體表面反射。光會反射到各個方向，其中一部分會被CCD相機窗口接收，軟、硬件將會放大并記錄這個信號。如圖5～圖7所示。

圖5 激光掃描頭光束范圍

圖6 激光掃描頭的數據采集范圍

成品車測量的目的是通過尺寸鏈分析，用數據快速定位出問題根源，可以解決的尺寸問題覆蓋了所有內外飾，諸如噪聲、漏水、間隙面差、干涉及配合不良等都可以通過成品車分析測量快速找尋到問題根本原因。

但車輛內外飾數千種零部件的材質、形態等都不相同。目前主流的測量設備是探針接觸式測量和光學設備，光學設備又有GOM藍光拍照，手持激光掃描儀和FARO關節臂等。但GOM無法探入車內進行內飾件的測量且無法建立整車坐標系；FARO關節臂測量精度稍低，行程有限且無法建立整車坐標系；手持激光掃描儀也無法建立整車坐標系，精度也比Eagle Eye稍差。表2總結了各種測量設備的適用場景及優略勢。

表2 成品車分析測量主流設備及使用場景

應用方法

成品車分析測量不僅是測量，還需要有清晰的思維邏輯進行問題分析，才能快速測量出問題根本原因，故需要有問題分析的方法指導測量。常用的問題分析方法有8D問題分析法、5W問題分析法和Deltalyze方法等。

如圖8所示，一個完整的分析測量過程應該包括以下步驟：

圖8 分析測量方法及過程

1）客戶需求及問題背景分析。

2）測量策略制定，比如坐標系的選擇、測量方法的確定等。

3）測量數模準備及程序編寫。

4）建立坐標系，測量輸出報告，報告分析，基于初步分析結論進一步測量。

5）匯總報告行成問題結論及優化措施。

6）驗證優化措施。

成品車分析測量實例

通過對反光差的黑色車漆鈑金、塑料內飾件、布紋內飾件等進行測量驗證不同材質的影響。效果都和探針測量進行比對，計算關系如下：

式中YEagleEye——EagleEye測量結果，單位為mm；

YProb——探針測量結果，單位為mm；

ΔYDeviation——偏差評估，單位為mm。

各種材質測量出的偏差見表3。

表3 各種材質的測量偏差

經過上述驗證，EagleEye適用車輛大部分內外飾分析測量。成品車分析測量嚴格按照前述流程及步驟，層層剝離，即可快速定位問題根源。

1.鈑金測量案例

某車翼子板和前門平順度上下一致性超差，標準是0～1mm，實測1.5mm。無法確定是什么原因引起的。用手摸是波浪形的，用傳統的探針測量可以測量出偏差來源，但需要很密集的測點，耗時長，且偏差結果不直觀，測量信息有限。此問題用光學掃描設備，效果更為理想。

車門的匹配問題用側圍坐標系更合適，但因為建系點在前門位置，建立側圍系需要將前門拆掉，破壞問題表象。故只能采用整車坐標系進行測量，如圖9所示。

圖9 翼子板和前門匹配狀態掃描

車漆是黑色的，但測量的點云質量狀態非常好，通過測量發現翼子板上部外閃，下部內凹，前門上下調節。故偏差主要根源來自翼子板，下一步對翼子板裝配位置進行優化調整，看改善效果，經過驗證，裝配也有影響，但比較低。翼子板單件進行掃描測量，偏差都在合格范圍內，但不太好。

經過驗證將翼子板Y向尺寸總體狀態進行調整，問題消失，開始批量處理。

2.膠皮、內飾等的測量案例

某車型門洞膠條鼓包，將膠條材料和頂襯邊沿進行優化后問題沒有改善，顧客需求制定測量方案，找尋問題根源，如圖10和圖11所示。

圖10 門洞區域尺寸測量

圖11 膠條鼓包區域測量

通過測量，發現膠皮表面鼓包將近3.5mm，頂襯邊沿狀態OK，B柱飾板尺寸偏差在1mm左右。將膠條拆除測量膠條安裝法蘭及頂襯的折邊狀態。發現頂襯的折邊形態和數模不符，偏差較大，推動商家進行折邊優化，問題最終解決。

結語

通過實例及測試驗證，EagleEye可以很好地應用于成品車分析測量，彌補目前主流的探針設備觸發力大無法直接測量車輛軟內飾和光學測量設備無法建立整車坐標系及無法自如探入車內測量車輛內飾的問題。能夠大大提升分析測量的測量能力和效率。