3D量測|ATOS Tech News

汽車鈑件部品的品質控制 – 世界知名車廠Volkswagen
馬路科技|3D量測部門

汽車工業的品質管理與品質控制在組織世界各地的供應商越來越重要,最大的挑戰是不同的供應商提供不同的部件,一起到組裝生產線時必須能毫無接縫的被組裝起來。這些檢測以往都是使用CMM’s (三次元座標測定儀),將成品放置上客製化的治具上面,利用點測得到少量的點資料,利用這些點來產生一份檢測報告。

當我們需要做自由曲面或者是規則外觀形狀檢測時,CMM’s 在有限的時間內無法提供高密度的點資料。然而,光學式掃瞄設備可以快速得到高密度點雲,為了這些應用,特別的檢測軟體Polyworks因此被開發出來,可以完全利用光學式掃瞄設備的各種優勢,讓品質控制變的彈性並且有效率。

圖片1. 掃描完成的點資料

圖片2. 三角網格化的點資料

但是光學式掃瞄設備以往定義邊界線與尖角線的3D位置點有很大的困難,邊界線與孔位在檢測工作也是很重要的一環,例如:鈑金件的量測工作還是經由CMM’s與移動式三次元來執行。

但是光學式掃瞄設備以往定義邊界線與尖角線的3D位置點有很大的困難,邊界線與孔位在檢測工作也是很重要的一環,例如:鈑金件的量測工作還是經由CMM’s與移動式三次元來執行。

ATOS 3D掃描儀當安裝新版本軟體,”特徵線 ”可以利用半自動的方式來定義,使用這個新模組,邊界線與孔位線可以被精確的定義,並且資料包括在3D數位點雲資料裡面。藉由這筆資料,品質控制軟體可以將這些資料快速地作幾何形狀的分析,將這些邊界線與孔位線拿來與圖檔作比較。

這個流程是驗證衝壓後的Volkswagen鈑金件,使用ATOS 3D掃瞄設備與新版軟體。

在ATOS軟體使用新的”特徵線”模組,孔位與邊界線用辦手動的方式來定義(圖片3.)。在圖片4,清楚並且準確的資料顯示在同一個視窗內(圖片1.),並且與CAD圖檔在同樣的座標系統內。​​​

圖片3. 邊界線的擷取操作,左圖為孔位線,右圖為邊界線

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圖片4. 擷取完成的邊界線資料

然後以CAD圖檔作為基準與被檢測的點資料被一起匯入 INNOVMETRIC所開發的Polyworks/INSPECTOR來做檢測分析。

如果被檢測物是夠堅固,光學式掃瞄設備可以不需要特定的治具來做掃描,這會是一個快速且彈性的檢測方式,這樣”簡單易用”的掃描將不會讓被檢測物彎曲來擺放到治具上面,產生良好的資料來了解可能在組裝產生的問題。此外這樣的資料可以讓你利用不同的定位方式驗證與它的CAD圖檔造成不同的誤差,讓你分析進而了解誤差是因為定位而造成或者是被檢測物本身所造成的變形。如果需要,被檢測物可以放置在治具上面來保持它的形狀,如果被檢測物再做一次掃描,獨立的放置並且不放在治具上,藉由這個方式我們可以來了解組裝之後所造成的變形誤差。利用ATOS做這樣的變形分析每天固定在很多汽車公司執行,藉由這樣來分析汽車的內裝件與外裝件。

從CMM’s的”傳統”品質報告被進化後,基於光學式掃瞄設備ATOS3D掃描儀得到一個更清楚詳細的點資料,此外,在3D視窗內可以看到利用顏色來代表誤差量的多寡更容易的來做判別,利用這些工具,產品的Go or No-Go更是一目瞭然,這個方式可以讓我們即時判別有可能造成問題的地方。這是一個標準的品質控制流程,生產更好品質的產品並且讓生產的費用更低,並且更簡單生產流程中管理品質。

ATOS掃瞄設備的資料可以為ASCII、SURF與STL(三角網格點資料)。此外,斷面的資料可以被運算輸出成ASCII、IGES、VDA、ISO與STRIM格式,特徵線的資料在ATOS軟體可以被輸出成ASCII、IGES、VDA與PW-feature-line格式。

掃瞄資料被匯入到Polyworks使用”SURF”格式與PW-feature line格式。使用這些格式,數位資料已經完美整合在軟體內,擬合幾何元素成為”孔”資料,使用最佳擬合或者是最大與最小的圓孔。此外,靜態的誤差數值也被運算完成並可見。

ATOS掃瞄點資料的定位-將ATOS 3D掃瞄設備的點資料,與圖檔最佳擬合定位或者使用RPS基準點定位。

在汽車工業使用RPS定位方式非常普遍(利用基本特徵或者是特定區域平面),以某一個孔或者支撐面作為定位基準(圖片5.)。RPS定位方式與CMM’s訂做專用治具的定位方式是一樣的原理,將掃瞄好的點資料作定位,讓資料跟CAD圖檔成為同一個座標系統。

圖片5. 從福斯得到的圖檔與掃描資料作RPS定位

ATOS 3D掃瞄點資料與CAD圖檔比對的誤差值

當作好定位的動作,所有的點資料與圖檔之間的誤差值就被運算出來。此外,您也可以在特定的地方打出誤差比較點,知道該地 方 的實際誤差數值,一個誤差彩圖現在可以被顯示,因為藉由ATOS得到大量且詳細的點資料,藉由設定誤差彩圖的顏色,我們就可以很快的清楚了解產品是否超出 允許公差,在哪個部位有變形的現象,輕易的就能夠達成品質管理評估。

斷面分析

為了更了解產品的誤差,斷面分析可以計算樣品與CAD圖檔,一樣用顏色來表示誤差量。

圖片6. 誤差彩圖

圖片7. 特定地方的誤差比較點

圖片8. 斷面分析

驗證邊界線

為了驗證產品邊界線的準確性,從ATOS 3D掃描儀得到特徵線的資料拿來與圖檔的邊界線來做比較。這裡我們可以立刻得到精確的數值,沿著圖檔界線的法線方向與切線方向誤差量(剪邊線與回彈的誤差分析)可以立刻看到。

圖片9. 邊界回彈分析

圖片10. 剪邊線分析

輸出檢測結果的報告

為了能夠讓檢測的過程與結果文件化,各種的表格與圖片可以輸出成各種不同的報告格式,包括:Word、Excel、 HTML與PDF格式,讓其他人可以了解檢測的結果。此外,Polyworks可以提供3D的報告,只要安裝IMViewer軟體,就可以在自己的電腦 3D翻轉我們的檢測物件,並且可以在軟體內打誤差比較點與量測尺寸,讓看其他人更了解生產出來的產品,也便於做溝通的工作。

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