蓝光扫描技术的在整车尺寸控制中的应用研究
目前汽车行业大部分车企对整车尺寸控制主要以三坐标检测为主，蓝光扫描测量为辅的形式尺寸控制策略。本文通过对蓝光测量技术的介绍及整车尺寸控制需求的分析，阐述自主品牌某车企在自动化蓝光扫描技术发展中的应用研究，以及该技术在整车尺寸控制及精益质量生产过程中发挥的作用，从而推动非接触式扫描技术在汽车制造中的发展。
01引言
随着国内汽车行业的蓬勃发展，各汽车厂设计水平、制造工艺、控制手段逐渐趋近并开始与国际接轨，客户对汽车的认知及要求越来越高。除动力、操控、安全、造型等因素外，汽车的品质越来越体现在缝隙、面差、圆角、特征线等细微的地方。这也给车身尺寸控制提出了更高的要求，传统车身测量也必须由原来的“粗放型（离散、离线）”向“集约型（连续、在线）”转变。
02蓝光扫描技术概述
蓝光扫描的工作原理
GOM公司的蓝光扫描技术利用光学三角法测量原理进行三维扫描测量。整个扫描头主要由1个光栅投影光源，2个相机及数据处理系统组成。其工作原理主要为：光源将光栅图案投射到被测物表面，由于物体形状差异，表面光栅条纹发生形变，引起光的相位变化。2个相机通过采集变形条纹并且对其进行解调可以得到包含零件表面轮廓的相位变化，最后根据三角法原理计算出零件表面轮廓的变化，通过软件计算，将各相机像素转换为空间三维坐标，这类方法又称为相位法。
蓝光扫描的特点·数量信息全：因蓝光测量技术可进行全局扫描，被测零件测量结果可以以连续的点云形式储存，并以色差图的形式展示零件全局质量状态。除了进行日常尺寸监控外，在遇到尺寸问题时可调取历史点云进行特征再提取，从而提高问题分析测量能力。
·测量速度快：单幅拍照范围内可形成面点云，画幅范围内测量时间不受限于测点数量，较传统接触式三坐标，测量时间可成倍减小，更适合生产现场效率高的要求。
·环境要求低：接触式测量依靠精密的机械结构以及光学机构，环境温度、地面震动等都会对机械结构精度及稳定性存在一定影响，导致目前我们使用的三坐标测量机均需在恒温、恒湿、减震的环境下工作。而蓝光扫描技术无机械结构精度要求，单纯依靠光学成像，故可适用于除测量室外的生产车间等复杂环境，也可以减少设备综合投资成本。
03整车尺寸常规监控应用
整车尺寸控制需求从白车身制造过程中，先后需经过单件冲压，小分拼焊接，分总成焊接，总成焊接，白车身表调一系列过程，每一工序都会对尺寸产生影响。故在车身尺寸控制策略中，需分级进行控制。
在早年国内汽车工业不是很发达的时候，造车过程中，大家往往比较关注零件的可装配性，所以测量的重心会倾向于装配类尺寸控制。随着汽车工业的发展，人们对汽车的需求不止局限于三大件，开始对感知质量，精致外观匹配提出要求。故对于车身尺寸控制来说，在加严装配性尺寸的同时，需加大对匹配类尺寸的控制力度。
由于监控测点数的增加，现场分析要求的提高，评价指标的多样化，某司在2011年开始探索高精度的接触式三坐标测量与非接触式蓝光扫描技术相结合的尺寸控制策略。同时结合整车开发过程与批量生产控制的尺寸需求差异，对产品不同阶段进行不同方式的尺寸测量控制策略。其中蓝光扫描技术主要应用在开发阶段白车身的扫描及量产阶段外覆盖件的扫描中。
外覆盖件扫描应用
2011年，自主品牌某车企质保部测量室勇于探索，大胆的提出覆盖四门两盖总成、冲压单件的“三工位白光自动测量系统”。同时该类型自动化扫描系统首次在主机厂成功使用，也促进了该技术在汽车行业的推广应用。
该系统主要由扫描系统、机器人系统、安全系统三大模块组成，同步配套规划了四门通用型支架，以及两盖通用型支架。
四门工位主要用于所有车型四门总成常规监控测量，门内板单件及内板总成过程件的分析测量。两盖工位主要进行前后盖的常规监控测量。分析测量工位为大型开放式结构，可用于现场各种问题的分析扫描测量。
·测量支架的改进：传统三坐标四门测量支架相对简单，只需确保可定位好，测量可达性高。蓝光测量支架需考虑支架颜色对成像干扰，参考点可大面积覆盖，转台转动时需有可靠的固定装置，故结合现场情况，采用黑色框架式支架，确保测量可达性的同时还能满足蓝光测量所需参考点的布置要求。
·评价内容的丰富：传统三坐标测量报告以离散点形式发布，数据量少，不连续，仅对图纸标注尺寸进行检测，分析问题时相对抽象，对报告阅读分析人员专业能力要求比较高。利用蓝光扫描系统扫描结果连续性点云化的特性，开始输出色差图形式报告，便于现场工程师对报告的阅读及理解。
·测量效率提升：因三坐标主要以打点的形式测量，测量过程相对较慢，测量一扇门需约35分钟，采用自动化扫描设备，可将测量时间减少至15分钟，大量释放了测量设备用于常规监控测量的资源，可为现场出现的尺寸问题提供更多的分析测量时间。
白车身扫描应用
在2017年，自主品牌某车企质保部测量室再一次引领行业，引入国内最先进的自动化双臂蓝光扫描设备。
该系统较以往自动化蓝光系统新增一套机器人及扫描设备，可以覆盖整车级大小的零件扫描。同时该系统具备较高灵活性，除了可以共同完成同一零件的扫描测量，还可分别在不同工位进行不同零件的扫描测量。
·测量支架：因白车身测量存在零件体型大、结构复杂，需同时对车顶、底盘、车内等区域进行扫描。结合车身高度、设备测量范围、扫描头景深范围、防碰撞安全距离等因素，需配置1.2~1.5米高黑色立柱测量支架。
·评价内容：通过双臂联机测量，实现整个车身的扫描，从而实现了从单件、门盖总成的色差图报告发布形式到白车身总成的色差图报告发布，。
·测量效率：通过同车型三坐标及蓝光扫描速度对比，一台1400个测点的白车身，三坐标测量需约3.5小时，蓝光设备则可以在1.5小时内完成。
·设备局限性：以目前的测量方案，该设备基本能覆盖100%测点，但在分析测量过程中仍存在设备可达性问题，其根本原因为：1、设备自身体积较大，无法进入狭小空间，尤其集中在底盘区域；2、成像问题，因白车身测点数量多，特征类型多，且生产现场加工工序多，部分内腔孔及部分打磨或冲压拉伸区域容易存在扫描效果差，需喷洒显影剂或增加辅助测量工具进行。
03其他应用
虚拟匹配技术应用
目前大部分车企主要依赖于外综合匹配样架、结合检具对外覆盖零件匹配尺寸进行评估认可，并且通过三坐标对有限的测点进行量化评估；但是使用目前的评估方式存在准备周期长，人力投入大，评估时效性不佳等问题。对于不可见区域和三坐标无法测量的区域，也不能进行尺寸评估。
基于以上的问题，我们提出一种虚拟匹配的方法，通过引入蓝光测量，将需要零件的点云数据导入统一坐标系下进行匹配评估，实现了简化外综合匹配样架搭建的工作的目的，提升了外覆盖零件匹配问题甄别的效率，而且可对不可见的匹配区域的分析测量。
精细特征分析应用
由于扫描测量可以将零件整个轮廓进行扫描，所以还可以利用扫描技术对整车A面连续性、特征线及R角等精细特征进行评价。在进行精细特征评价时需注意：常规用于白车身及门盖测量的扫描头画幅较大，点云密度小，对R2及以下特征进行扫描时，容易产生误差，需更换精度较高的镜头进行扫描。
结语
虽然蓝光测量技术在国内发展时间远不如三坐标测量技术，但随着各大车企对质量的重视及测量技术的不断探索，结合其效率高、数据全、配套成本低等优势，目前在车身尺寸控制中已取代部分三坐标的功能，甚至有车企仅用扫描设备进行日常生产监控测量。相信随着光学技术的发展，设备集成程度加深，计算机技术的发展，可以弥补光学扫描精度、设备体积、数据计算量等方面的不足，甚至实现流水线式监控测量，取代以往车身尺寸依靠离线式测量监控模式。
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