FARO便携式三坐标测量设备在汽车制造中的应用

位于美国密歇根州Livonia市MI的Magna汽车检测中心（Magna Automotive Testing， MAT）的使命很简单：即促使汽车和卡车无论在机械意义上还是在人体工学上，都能够更加良好地行驶，并确保其零部件运转良好。MAT是英提尔（Intier）汽车公司的商业检测机构，它为三大汽车制造商解决制造方面的困难，同时也为其本集团的制造决策层服务。

MAT的工作范围十分广泛，能够检测从车辆原型到其制造过程的一切细节。在给定的一周内，他们可以承担测试一个升降门，数字化地捕捉汽车内部的平面图（布局结构），完成一条焊接线的质量分析，对未出蓝图的结构做逆向工程，或针对工装夹具进行临界尺寸校正等任务。

MAT工作的核心反映在快速而精准的测量。用可靠的三维数据，可以测定各组件加工的精确度，工件安装点的三维布局图，甚至充当OEMs（解决原始设备制造商）的问题故障检察员。

精确性、简易性、灵活性

十年前，英提尔（Intier）汽车公司通过传统量具来获取三维数据，但是那些工具并不精确，并且容易造成读取错误，从而并不能解决只有通过误差极小的测量才能确定的问题。此外，工程师们所需要的细节远远超过他们通过机械的工具得来的数据。比如说，三点就可确定一个平面，但一个曲面却需要500个或者更多的点来精确表现一个斜面或者弓形的变化。另外，工程师们需要能够在一个数字环境中操作，而正是在这个数字环境中，汽车制造商们开始掌控新型车辆的发展。

传统的坐标测量机能够测量密度，但必须通过不断调整才能测量不同部位的密度，因此所能测量的形状有限。除此以外，传统的坐标测量机还不能被移动，任何需要测量的东西都必须被搬运到其放置之处。

“突破传统仪器的测量范围，测量微小尺寸的变化的精确度对我们日益重要”，Todd Hovey，这位负责MAT的质量监控小组领头人如此解释，“因为我们的很多工作需要现在完成，通常是在机器的旁边或者是在一个模型车间里。”

在20世纪90年代早期，MAT的工程师发现FaroArm的3-D数字化设备能够克服机械测量仪器的缺陷。这是一种便携式的臂式的数字测量机，它能够捕捉其球测头范围内的任何一点，精确程度达0.0005英寸。测量方法很专业，它利用Arm尖测针来检测部件、模具或底盘的表面。在手提电脑上安装好兼容CAD的CAM2软件，它会将物体表面上测试到的点记录成连续线或离散线。随着越来越多的点的汇集，在电脑屏幕上会呈现出物体表面的数字化图象。

由于FaroArm的高精度和便携性的特点，它已成为应用于航空航天、汽车制造以及OEMs制造领域中的权威工具。又因其能在短短几分钟内标明几乎所有表面的尺寸（而不象使用传统坐标测量机那样需要冗长的程序设计），产品的加工过程不再死板，也不用经过烦杂的调研过程。

Hovey肯定地说：“使用FaroArm时，在大多数情况下，数据的快速收集彻底地降低了收集过程的成本。”

MAT工程师会经常面对几乎不可测量的表面，即围绕部件或位于部件后面或者隐藏于部件内部的表面。当需要在车底或引擎下方工作时，这种情况尤为常见。

“我们所要测量的许多表面所在的位置往往被其他的部件所遮挡”，质检部的主任Todd Hovey说：“因为Arm的关节臂具有六自由度特性，所以我们能够完成其它方法无法测量的任务。”

人体工学和制造工艺

随着汽车外形设计逐渐朝着空气动力学方面的演变，汽车的内部也正快速朝着更符合人体工学方向的演变。部分原因是由于MAT工程师的努力，他们和OEM工程师一起致力于车辆模型试制阶段的研究，以便在这些模型变成新型汽车之前找到设计上的缺陷。

此外，数字化环境的模拟使用比依靠传统工具测量（直接在硬件上操作起来）更方便，MAT工程师们利用数字化重建了汽车内部的空间——包括仪表板，方向盘，车门表面，中央控制器以及前面板等细节。这一复杂的程序就象一个平台（一个虚拟的坐舱），在这里，OEM可以使用各种特殊的软件来评测具体的人体工学问题。例如，针对不同的人体部分采用不同的工学标准，就能够计算出视线位置，根据乘客坐姿调整前面板的位置，或者重新配置方向盘，仪器或者控制器。

在车座制造过程中，MAT工程常常使用一种名叫‘Oscar’的人体模型，它是工业制造标准的人体模型。

“我们把仪器送到世界各地的车椅生产商那里，来帮助他们定位用于全新座椅设计中的至关重要的H（臀）点。”Hovey介绍说，“这个点是评估座椅定位及舒适程度的定位点，有了Oscar人体模型来定位，我们就能准确地建立这个点，以供座位设计者应用人体要素软件来估算腿的放置空间，背部轮廓和头部的位置。”

评估汽车各部分的装配草案也是MAT工作范围的一部分。举例来说，完成的车门面板、仪器面板和前面板的制造工艺都需测量。MAT的工程师们根据匹配面比较面板和元件的位置，然后将他们的测量结果与嵌入的CAD图像做比较，在CAM2测试软件中，超出公差范围的部分用红虚线标出。

动力学

尽管成百上千个小时用在评估和测试上，一些缺点仍被带入产品中。这些反馈通常来自消费者，汽车制造商就此投入解决这些问题。他们经常征集MAT团队的见解，特别是有关动力学方面的烦人的小故障。

MAT类似用处理人体工程学问题的方法处理动力上的不稳定性：先使用FaroArm建立数字环境，然后将分析软件应用于此环境空间中来找出问题。

Hovey给出了这个过程中的一个例子：“特殊汽车款式的客户经受着驾驶杆带来的高频率震动，制造商已经调查过但发现所有的传动装置的转动元件都处于平衡状态，并且都能获得很好的支持。在那种情况下，他们会请我们来测试问题所在。”

FaroArm“我们抬起汽车然后模拟所有传动装置的转动元件及它们的支持，将这些图像传入分析软件，我们查明当行驶速度到达一个特定速度时，传动装置中的共振通过驾驶杆反馈出来。根据我们的信息，公司加固了支持部件来改变共振频率，使它能在传动装置可能达到的任何频率下都不受影响。”

内部支持

英提尔（Intier）汽车公司的某些分部也是MAT工作组分析服务项目中最好的客户。

“我们公司拥有10台FaroArm做服务，它们大部分都是在线应用，在成品前检查各部分要点及拼装状况。但因为这仪器有在Livonia地区有着广泛的应用，很多公司经常请我们帮忙予以技术支持。”Hovey说到，“比如，他们需要写一个宏程序来一遍遍检查某些特殊的尺寸，我们就能解决这些问题。”

然而，更多时候，一个产品部门会需要我们帮助重新配置一个大件产品或测试装备。

“这就是Arm设备真正省时间的地方”，Hovey说。“对于Arm来说，一个焊件的转角和测试台例如多动作模拟装置只不过是另一个三维图像。当我们进入一个加工车间，我们能在几分钟内测量30或40个装配洞眼，至多不超过一小时。一旦它需要重新装配，我们能准确定位，设备停工期会被大大缩短。”

总的来说，MAT工作组发现FaroArm的作用是不可缺少的。“不依靠FaroArm，我们很难为我们的客户服务。”