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激光扫描仪加快汽车座椅的设计和制造进程

银河汽车

         通过把基于模板的汽车座位检查系统替换为电子激光扫描方法,Johnson Controls节省了6万美元的模板成本,并把PT Cruiser设计的验证时间从4个月缩短为三周。  

    如果要测试车辆的所有可能的座位配置,那就要构建24组模板,得花费3个月的时间。测试DaimlerChrysler所要的360个座位,又花3个星期时间。如果品质部选择用激光扫描仪来捕获座位的轮廓,取而代之的的是构建模板所需要的成本和3个月的延迟就可以免了,扫描仪捕获所有360个座位的3D坐标数据只花了3个星期时间。  

    “采用激光扫描仪的主要好处是节省时间,因为我们要完成测试才能开始生产,” Johnson Controls公司位于Toluca从事舒适坐椅运营的部门品质经理Rosa Leyva说,“但是,扫描仪也给出了更为精确的信息,我们利用它来建立制造公差。”  

    Johnson Controls公司自从1985年成立至今,已经成为了年产值几十亿美元的公司,拥有汽车系统和建筑控制的全球业务。在汽车市场,公司提供座位和轻型车车内系统,包括乘用车和轻型卡车。所供应的系统包括:座位、头顶装置、车门、仪表盘、储藏箱、电子系统和电池。除了电池之外,所有系统都销往原始设备汽车市场,包括:DaimlerChrysler、Ford、General Motors、Honda、Nissan、Toyota和Volkswagen。 位于密歇根州的Johnson Controls的普利茅斯汽车运营部门每年为2000多万辆车提供车内产品。  

    为PPAP进行测试  

    Johnson Control公司的Comfortseat工厂被授予合同,为DaimlerChrysler公司畅销的PT Cruiser型车设计和制造坐椅。该车在DaimlerChrysler同样位于Mexican城的工厂装配。PT Cruiser有四个座位:驾驶员座位、前乘客座位和两个备选后座。这四个座位中的每一个都有三种结构,总共有12种独特的座位型号。Johnson应邀按照零件生产批准工艺(part production approval process, PPAP)来测试每一种座位型号的30个拷贝,或总共360个拷贝。  

    过去,他们的做法是把每一个座位与一系列轮廓相同的塑料模板比较。每一个座位需要两组模板,一组座垫和一组座背。模板要安排在检查支架上,以格型排列来表示座椅的关键轮廓线。如果一个座椅紧挨着模板的格框放置,就要排列整齐以达到OEM需要的公差之内。在PT Cruiser的情形下,公差是±12mm。对于该车来说,总共需要24组模板以测试12个不同座椅型号中的每一个。每一组的成本大约是2,500美元,总成本大约为6万美元。  

    除了成本之外,该方法的另外一个缺点是测试时间长。制做模板大约要花费3个月时间,测试360个座椅要再花3周时间,这就延迟了PPAP批准的日期。  

    为了降低座椅测试的成本并把座椅尽快投入生产,工厂管理人员研究了其它几种检查技术,其中包括用来捕获形状的激光或白光扫描技术。白光系统对于工厂环境不够稳定,可是,还需要高技能的操作员,价格也昂贵。小型和廉价的激光系统也被排除在外,因为它们在扫描暗物体时所产生的激光功率不够大,在工厂环境中也不够耐用。  

    满足Johnson Control公司要求的唯一系统就是激光扫描仪。激光扫描系统的主要组件是3D激光传感器、一个安装传感器的机械臂或定位传感装置、一台PC以及提取、显示和处理数据的软件包。扫描仪的传感器是一个单视点激光条纹传感器,其中集成了照明和捕获3D数据的传感手段。  

    激光条纹传感器比简单的激光点传感器的扫描速度要快得多。工作过程中,它们把一束激光线投射到物体表面,与此同时,小型CCD摄像机记录这些扫过表面的光线。专用接口卡把光线的视频图像转换为400个3D坐标,容许的每秒最大数据捕获率为1万点。得到的结果是密集的3D数据云团,它精确地描述了物体的表面。激光扫描仪可以被配置为采用若干商用定位传感机械装置。  

    Comfortseat工厂在PT Cruiser车型的座椅检查设备中,首次采用了激光扫描仪。在新的检查工艺中,第一步是锁住座椅背或跟以前一样往检查支架中加衬垫。经过两星期培训的技术员操作扫描仪,然后,手持激光传感器以便把激光射线投射到座椅上。当他把传感器在座椅表面移动的时候,坐标数据被提取并实时显示在PC的屏幕上。该过程要对所有360个座椅重复一次,大概需要1周时间。与采用模板方法相比,Johnson Controls提前三个半月把PT Cruiser车型的座椅投入生产。  

    除了加速验证这些座椅之外,新的检查工艺还被用于正在设计的座椅测试之中。对于12个座椅型号中的每一个,品质部要识别25个关键点。这些点的x、y和z坐标由扫描仪获得,然后输入到Excel电子数据表中,对所做的30个座椅的测试取平均。  

    “这样,如果一个座椅上的尺寸超出限定,从其它座椅的读数就把它带回内线,”Comfortseat工厂测试实验室的主管Leonardo Quintanar说。这些数值然后被用于设置制造公差,创建一个开始正常生产时做对比测试的主模型。  

    与过去仅仅由模板提供的“合格”或“不合格”评价相比,采用扫描数据来创建主模型,赋予Johnson Controls一种更为精确的生产测试方法。利用度量软件,Johnson Controls的品质工程师在主模型的数值和被测座椅的坐标之间执行量化比较,如果某一个区域超出公差,制造过程就可以看到超出部分有多少?尽管有可能手工测量座椅和模板之间的距离,可是,这样的测量的精度太低,没有什么价值。  

    采用扫描数据,可以对任何差异进行高精度的测量,有助于制造商确定问题的成因。例如,激光测量可能显示座椅的安置对一边或另一边太远。利用该信息,制造商了解在何处调整工艺以解决问题。Johnson用这种方法每一个季度从12种座椅型号中选取10个座椅来测试。  

    其它好处  

    新型检查系统的另一个应用是验证工程变更。“任何时候工程变更影响到座椅的时候,我们都要对其进行测试,”Leyva说,“过去,那意味着要修改模板或再造新模板,所以总会延迟至少两个月。现在,人们适应工程变更的速度更快,因为一旦座椅生产出来,就可以立即被扫描出来。”  

    采用激光扫描仪的另一个好处是节省空间。“采用模板,你需要大量的生产和装配空间,”Leyva说,“模板占据了底盘实验室的大部分空间。因为以扫描仪取而代之,我们已经把那些空间安排给其它用途。”  
 
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