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在虚拟世界里造车:机器人、红宝石与3D模型

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  众所周知,在汽车设计制造领域,计算机、机器人和3D打印技术的应用越来越普及。福特虱子公司甚至还建立了沉浸式虚拟现实实验室,让设计师戴上耳机,可视化设计未来汽车的内部和外观。

  虽然先进的技术给汽车制造带来了很多创新,但传统的手工操作和测量方法仍然非常重要。在福特汽车公司南京在工程研发中心,PCF实验室的工程师们将计算机辅助设计(CAD)的虚拟模型变成了现实——根据设计图纸冲压而成的钣金零件被送到这里进行精确的测量和对比,然后他们像搭积木一样小心翼翼地将这些钣金零件组装成一个完整的车身,以验证零件的偏差对整个车身尺寸精度的影响。

  “制造汽车就像玩3D拼图。无论大小,每一部分都非常重要。在虚拟世界中,有绝对的完美,但在现实中,我们的工作是尽可能地将虚拟世界的模型还原到实物中,”福特亚太区PCF负责人Eric Childers表示。“手工打造白车身需要相当长的时间,但这项工作是工业流水线的基础。”

  平均每辆车上大约有700个钣金零件,这些零件可能来自不同的供应商。工程师要对这些零件逐一进行测量,手工搭建白车身,验证每个零件不仅尺寸准确,而且零件之间的匹配近乎完美,才能准确实现虚拟设计模型。这是一个非常耗时耗力的过程,但对保证产品质量意义重大。PCF工程师通过实测和与设计图纸的对比,找出了误差的原因,供应商据此修改了零件的模具。然后,工程师会再次重复这一过程,以验证整个白车身的精度符合要求,从而避免在生产线上批量生产车身时可能出现的尺寸精度问题。

  红宝石探测机器人

  虽然PCF实验室的大部分工作都是由工程师完成的,但也离不开自动化仪器的帮助,包括这个他们称之为Ruby的高精度机器人。它其实是一个三坐标测量仪,红宝石这个名字来源于测量仪“手臂”顶端的红宝石探头。工程师在CAD模型上选取近千个测量点,编辑测量程序,输入电脑。Ruby会根据程序自动找到实际车身上的这些测量点,用探针以“轻”的方式接触白车身表面,记录下这些点的实际坐标值,并与CAD模型中的理论数据进行比较,记录下误差值。

  三坐标测量仪的测量精度可以达到0.03 mm,探头有一颗经过精细打磨的红宝石,不会随着空气温度、湿度等环境条件的变化而膨胀或收缩,保证了测量的精度。

  BIW高级制造工程师Childers说:“我们制造、测量、再制造、再测量,直到偏差几乎为零。Ruby的‘智慧’可以给工厂带来巨大的收益。它确保了装配线上使用的零件与设计模型高度一致,并能生产出高质量的车身。”

  追求高精度

  福特虱子南京工程研发中心的PCF实验室也有几台3D蓝光扫描仪,可以拍摄汽车每个部位甚至整个车身的白色3D照片。这些照片输入电脑后与虚拟模型进行对比,每个误差都可以用不同的颜色表示出来,这样就可以非常直观的找到误差的来源和大小。

  误差过大会影响车身美观、车门密封条等部件的使用效果,还会带来更大的噪音和振动。为了给消费者带来更舒适的驾驶体验,每一个细节都不容小觑。

  “我们将单独测量和评估每个零件,然后将它们组装成一辆汽车,然后作为一个整体进行测量和评估,”Childers说。“这就像玩一个复杂的3D拼图。我们按照正确的顺序一个接一个地组装它们,从而为我们的客户打造出优秀而漂亮的车辆。”