白车身虚拟匹配技术及应用

周翰　张磊　吴炤骏　彭杨　徐刚　罗帅　赵云

摘 要：文章针对汽车车身匹配操作的功能要求，在综合分析了现有匹配方法的基础上，提出了一种基于数字化的虚拟匹配方法以及完整的操作流程，并以相关实际案例说明了这种方法的可行性和有效性。关键词：白车身;评估;虚拟匹配;测量中图分类号：TP333.96  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）11-169-03

Abstract： Based on analysis of the existing matching method in car body in white manufacture， The Matching based realistic simulation technology and detail operating process has been advanced in this paper. One example has been discussed to show the feasibility and validity of this method.Keywords： Body in white; Evaluate; Virtual matching; MeasurementCLC NO.： TP333.96  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）11-169-03

前言

尺寸匹配评估（Matching）活动是整车项目开发过程中非常关键的一个活动，从底层钣金零件开始精密拼装，细致分析识别所有影响尺寸匹配的问题点并实施匹配方案推进，期间又需要联合设计、工艺、质量、车间、零部件等环节协同运作最终形成高精度尺寸的车身及精致平顺内外饰配合的整车。

通过制造工艺的不断升级优化，及车身2MM工程、六西格玛等有效质量管理方法在上汽通用汽车公司内的有效推廣应用，传统匹配方法已处于行业中相对精益的地位。但是随着汽车个性化需求日渐强烈，在保证质量的前提下，如何通过更有效的智能化手段来缩短整车项目开发启动周期、加快产品的更新换代以满足客户日益更新的需求又是目前每个整车厂都在尝试和推进的研究之重。

本文旨在研究运用一种虚拟环境下的数字化分析方法，在尺寸匹配活动中进一步降低制造成本，缩短白车身尺寸评估周期，提高钣金零件整改效率。

1 虚拟匹配技术介绍

传统尺寸匹配评估，都是基于零件、工装均到位的情况下开展的，而随着本文提出一种基于数字化软件的虚拟匹配方法，不局限于工装的ready时间，具有快捷、准确的优点，其定义如下。

虚拟匹配：通过对零件实物的数字化检测和三维建模，并在三维CAD环境中与其他零件实物模型和CAD理想模型进行拼装，并评估分析匹配效果的操作。

其具体的匹配操作流程如图1所示：

虚拟匹配的实际操作中，主要涉及到以下几个重点步骤：

1.1 零件实物的数字化

采用激光扫描系统、影像测量系统等设备，在零件定位工况下，对零件型面和结构进行三维测量，获得能表征实物零件状态的点云。并按照检具基准或者零件基准拟合到车身坐标系下。

1.2 零件点云的三维逆向建模

对零件点云进行剔除误差、滤波等处理，并在此基础上，进行匹配面的三维重建，这里的重建结果，一般是面模型，目前常用的是满足形面重构精度的三角面即可。

1.3 零件点云的虚拟拼装

运用基于CAD的三维匹配软件，根据零件GD&T基准或者检具基准拟合到车身坐标系下，对匹配零件进行虚拟拼装，从而在CAD软件中再现零件的实际装配状态。

1.4 零件虚拟匹配评估

在车身坐标系中的虚拟拼装状态下，检测各个零件匹配面之间的关系，准确量化干涉状态、间隙量。

在整个虚拟匹配活动中，需要重点关注的内容有：

（1）实物工件测量时的工况保证和装配基准状态的正确获取;

（2）测量过程的测量精度，包括测量系统的测量精度等;

（3）点云的有效处理，特别测量粗糙点、边缘点和无关点的处理;

（4）形面重构的精度，由于拼装过程和匹配评估都是针对面操作的，因此，需要在匹配面重构时重点考虑重构的精度。同时，对于复杂的车身零件而言，形面的模型体量也是一个不得不考虑的问题，即轻量化问题，这其中应该有一个平衡点。

2 虚拟匹配技术应用案例

为了验证虚拟匹配技术的实用性和有效性，上汽通用汽车通过在两款新车型上同步验证虚拟匹配活动，规范相应标准、完善流程。然后在一款新车型的白车身零件匹配评估中进行了正式试运行。选择该车型项目的原因为：由于项目开发及启动周期压缩，MC1（第一轮Matching实物造车）时间需要相应提前，但是车身车间的工装ready时间由于一些原因无法相应提前到MC1造车之前，存在一定的风险。经多方讨论，该项目决定采用虚拟匹配替代MC1造车来辨识零件问题。同时空出的实物造车时间给车身车间工装准备及标定。从原来的串行工作模式，转变为并行模式，从而克服时间上的困难。

在实际应用中针对白车身60个关键零件，通过扫描采集零件点云，使用在Polyworks软件基础上定制开发的插件环境中进行虚拟匹配分析。

整个匹配操作过程和中间结果如图2所示，其中：

图2（a）为被匹配的实物零件CAD模型;

图2（b）为拟合到数模所在坐标系下的实物零件点云及三角面模型：考虑到虚拟匹配时的精度和轻量化的要求，分别通过对点云的粗过滤、精过滤及对三角化的边长、公差等参数的选择将点云模型形成符合要求的适合虚拟匹配的三角化模型;

图2（c）匹配面之间的状态分析评估（云图和数据）：虚拟匹配计算后通过色差图的设置，其中红色代表干涉，蓝色代表间隙。从图中可看出四个角的匹配处于2mm的干涉状态;

图2（d）被匹配零件的单件精度分析：根据从虚拟匹配中获取的匹配点自动对应到A、B两零件的单件偏差，测点坐标一一对应;

图2（e）输出虚拟匹配报告：在定制开发的插件环境中，自动抓取匹配分析过程中的信息，形成虚拟匹配报告，其中包括图像报告及测点的数值报告，可进一步对零部件的匹配状态进行分析。同时对所有问题定义风险等级，明确更改优先级。

图2（f）输出零件问题报告：在定制开发的插件环境中，自动将虚拟匹配报告转化为零件问题报告（MCPR），释放给供应商，精准指导零件改进，提高零件整改效率。

最终，该新项目通过虚拟匹配技术的支持，风险识别充分、零件针对性整改到位，而且省去了一轮实物造车的物料成本。同时提供了更充分的时间给予工装准备，确保更好的拼装环境。在以上两点同时到位的情况下，通过一次实物拼车顺利达成了以往项目需要两轮实物拼车（MC2）才能达到的阶段性白车身合格率目标，同时缩短了20%白车身尺寸评

估周期。

3 小结

本文给出了虚拟匹配技术的研发与应用，为匹配操作提供了一个快捷有效的匹配方法。虚拟匹配方法是在定制开发的虚拟环境下快速有效的分析零件之间的可视、不可视区域的间隙和干涉问题，并通过设定合理的标准规范，自动输出匹配问题报告以及零件问题报告，明确更改优先级，通过带有测点的色差图报告精准指导零件改进。从实际应用效果来看，该方法实现了在保证阶段性尺寸质量目标的前提下，以虚拟匹配替代第一轮实物造车，节省物料成本，减少工装设备资源占用，缩短白车身尺寸评估周期，提高钣金零件整改效率。

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