在虚拟世界里造车:机器人、红宝石与3D模型
来源:环球网  2017年6月8日  

 众所周知,在汽车设计与制造领域,计算机、机器人与3D打印技术的应用越来越普及。福特汽车公司甚至建立了浸入式虚拟现实实验室,让设计师们戴上耳机,对未来汽车的内饰与外观进行可视化设计。

  先进技术固然为汽车制造带来诸多创新,但传统的手工操作与测量方法依旧十分重要。在福特汽车南京工程研发中心,白车身精度匹配(PCF)实验室的工程师把计算机辅助设计(CAD)的虚拟模型变成现实——根据设计图纸开模冲压而成的钣金部件被送到这里一一进行精确的测量和比对,然后他们像搭积木一样把这些钣金部件小心翼翼地组装起来,拼成一个完整的车身,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,每一个零部件都十分重要,无论它的尺寸大小。在虚拟世界中,存在绝对的完美,而在现实中,我们的工作就是让实物尽可能地还原虚拟世界的模型,”福特汽车亚太区白车身品质(PCF)主管Eric Childers说,“手工搭建白车身需要花费相当长的时间,但这项工作是工业化流水线装配的基础。”

  平均每辆汽车上有大约700个钣金零件,它们可能来自不同的供应商。工程师要对这些零件进行一一测量,并手工搭建白车身以验证每一个零件不但尺寸精准,同时零件与零件之间的匹配也能近乎完美,从而精确地实现虚拟设计的模型。这是一项非常耗费时间与人力的过程,但对于确保产品的品质有着极其重要意义。PCF工程师通过实际测量并与设计图纸进行比对,找到误差产生的原因,由供应商对零件的模具进行相应修改。然后,工程师会再次重复这个过程以验证整个白车身的精度达到要求,从而避免生产线上量产车身可能出现的尺寸精度问题。

  红宝石探针机器人

  虽然PCF实验室中的绝大部分工作由工程师手工完成,但也离不开自动化仪器的帮助,其中就包括这个被他们叫做Ruby的高精度机器人。它实际上是一台三坐标测量仪,Ruby这个名字来自测量仪“手臂”顶端上的红宝石探针。工程师在CAD模型上选取近千个测点,编辑测量的程序输入电脑,Ruby会根据程序在实际车身上自动找到这些测点,通过探针与白车身表面以“轻点”的方式接触以记录下该点的实际坐标值,并与CAD模型中的理论数据进行比对,记录下误差值。

  三坐标测量仪的测量精度可达0.03毫米。探针上带有一颗经过精细打磨的红宝石,不会随气温与湿度等环境条件的变化而膨胀或收缩,从而确保测量的精确性。

  作为一名资深的白车身制造工程师Childers表示:“我们通过制造、测量、再制造、再测量,直至偏差几近为零。Ruby的‘智慧’能够为工厂带来巨大的益处,它确保流水线上所使用的零件与设计模型高度地吻合,能够制造出高品质的车身。”

  追求高精度

  福特汽车南京工程研发中心PCF实验室内还配备了若干台3D蓝光扫描仪,能够对汽车的每一个零件甚至整个白车身进行3D拍照,这些照片输入电脑后和虚拟模型进行对比,每一个误差都能通过不同的颜色表现出来,这样可以非常直观地找到误差的来源以及大小。

  过大的误差会影响车身的美观、车门封条等部件的使用效果,也会带来更多噪声与振动。为了给消费者带来更加舒适的驾乘体验,每一处细节均不可小觑。

  “我们会对每一个零件进行单独测量评估,然后把它们组装成车后再进行整体测量评估,”Childers表示。“就像在玩一副精密的3D拼图,我们按照正确的次序,将它们一件件组装起来,从而为客户打造出品质卓越而又美观的车辆。”