通用3D掃描技術(shù)在汽車開發(fā)中的運用

通用汽車公司（GM，General Motors）成立于1908年9月16日，自從威廉·杜蘭特創(chuàng)建了美國通用汽車公司以來，通用汽車在全球生產(chǎn)和銷售包括雪佛蘭、凱迪拉克、寶駿、別克、GMC、霍頓、解放、歐寶、沃克斯豪爾以及五菱等一系列品牌車型并提供服務(wù)。目前，通用汽車旗下多個品牌全系列車型暢銷于全球120多個國家和地區(qū)，包括電動車、微車、重型全尺寸卡車、緊湊型車及敞篷車。

日前，通用公司競爭標(biāo)桿小組（General Motors’ Competitive Benchmarking）對外推出其通用3D掃描系統(tǒng)，可以應(yīng)用于汽車開發(fā)和部件檢測中。其中該套3D掃描系統(tǒng)包含紅光掃描、白光掃描以及藍光掃描等三套激光掃描系統(tǒng)，通過該3D掃描系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地解剖分析競爭車型構(gòu)造。據(jù)統(tǒng)計，全球汽車市場中因新技術(shù)的推出而發(fā)布的新車或改款車每年大約有三十多款車型。

該全新3D掃描系統(tǒng)可以通過激光掃描獲得車輛結(jié)構(gòu)和部件的準(zhǔn)確3D形狀。因此，可以通過汽車逆向工程應(yīng)用到通用公司汽車開發(fā)中。

通過該全新3D掃描系統(tǒng)逆向工程每年可以為雪佛蘭、凱迪拉克、別克以及GMC車型的設(shè)計開發(fā)節(jié)約巨大的成本，并能大幅提高車輛的質(zhì)量。通過該全新3D掃描系統(tǒng)還可以進行零部件檢測、過程質(zhì)量檢查以及故障排除等工作。

該通用公司競爭標(biāo)桿小組的高級主管Larry Pecar表示：“在各行各業(yè)中，3D掃描技術(shù)可以為行業(yè)迅速發(fā)展提供一種高效并節(jié)約成本的解決方案。同樣，在汽車行業(yè)中通過該3D掃描技術(shù)可以更好地理解其他汽車企業(yè)車輛召回的原因可以為通過汽車提供前車之鑒?！?/P>

通過汽車采用3D掃描技術(shù)歷時已有十年之久。其中，該3D掃描系統(tǒng)可以對汽車結(jié)構(gòu)和部件進行紅光掃描、白光掃描或藍光掃描，同時該系統(tǒng)還配備一個先進的相機傳感器以捕捉物體輪廓并進行記錄以此得到物體在空間上的位置和方向。

雖然，該3D掃描系統(tǒng)的三種光掃描系統(tǒng)均可以對微小零部件以及整車外觀進行掃描。但是，藍光掃描系統(tǒng)和白光掃描系統(tǒng)更擅長對整車外觀（其中包括整個汽車外表面）進行掃描；另外，藍光掃描系統(tǒng)還可以對汽車內(nèi)飾、發(fā)動機組件以及車身組件進行掃描記錄。白光掃描系統(tǒng)工作過程與藍光掃描相似，但是其技術(shù)較為陳舊，再加上藍光掃描先進的技術(shù)，因此白光掃描系統(tǒng)在實際應(yīng)用并不常用。紅光掃描系統(tǒng)則更擅長對拆解后的汽車零部件進行掃描以獲取其詳細結(jié)構(gòu)信息。通過綜合利用紅光掃描系統(tǒng)和藍光掃描系統(tǒng)，車輛工程師們可以捕獲汽車內(nèi)每個零部件的位置和方向信息。

通用汽車還表示通過3D掃描系統(tǒng)可以輔助汽車設(shè)計和開發(fā)。通過對汽車油泥模型外觀進行3D掃描得到相關(guān)數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)控中心中加工便可獲得全尺寸的相應(yīng)模型。如果只是對車輛的一部分進行3D掃描，那么可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機中以獲得快速原型機輔助開發(fā)設(shè)計。

Larry Pecar還表示：“通過對比原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)有車輛掃描數(shù)據(jù)可以迅速找到相關(guān)存在的問題。在某些情況下甚至可以直接避免車輛噪聲的產(chǎn)生或者可以迅速地解決。通過利用3D掃描技術(shù)任何質(zhì)量問題都將無處可藏。”

凱迪拉克Elmiraj Coupe概念車上的3D掃描技術(shù)

凱迪拉克Elmiraj Coupe概念車八月份在美國首次公開亮相。通用汽車稱Elmiraj概念車體現(xiàn)了凱迪拉克品牌的以藝術(shù)與科學(xué)為內(nèi)涵的設(shè)計基因。這樣一款漂亮的概念車是如何從軟模變成數(shù)字模型，然后再手工打造出來的呢？通用汽車公司介紹說，Elmiraj主要是通過使用結(jié)構(gòu)光（structured-light）3D掃描技術(shù)完成概念設(shè)計的。

這款車的設(shè)計師一開始根據(jù)概念草圖制造出軟模。然后使用結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)進行掃描，結(jié)構(gòu)光3D掃描技術(shù)是指3D掃描儀將光圖案投影到的按比例縮小的模型表面上，同時用相機尋找部件曲線或輪廓的扭曲處，并記錄該扭曲在對象上的位置和它的方向。每次掃描的數(shù)字圖像都會拼接在一起，直到獲得完整的車輛信息。

“在Elmiraj這個項目中，3D掃描技術(shù)成了使用傳統(tǒng)手工雕塑方法制作軟模的團隊與數(shù)字化建模設(shè)計團隊之間合作的橋梁，” Frank Saucedo，通用汽車先進設(shè)計工作室主任Frank Saucedo表示。

數(shù)學(xué)模型是使用計算機控制的機加工設(shè)備和手工制造軟模的基礎(chǔ)。3D掃描儀使設(shè)計人員能夠快速反向工程，并隨時更新以前的設(shè)計。這些數(shù)據(jù)可以上傳到計算機控制的銑床上制造一個全比例模型。有些零部件可以轉(zhuǎn)到3D打印機上進行快速原型。

通用汽車自2001年以來一直在使用3D掃描技術(shù)，但更多的用于軟模的內(nèi)部或外形設(shè)計上并沒用在概念車的設(shè)計制造上。但Elmiraj是個例外，GM位于密歇根州的Warren設(shè)計中心加工車間和在加州的先進設(shè)計工作室使用3D掃描技術(shù)驗證幾乎每一個造型、模具和零件。

“我們現(xiàn)在之所以能夠在一周內(nèi)完成概念車從比例模型到全尺寸模型制造的全過程，部分原因就是我們使用了3D掃描技術(shù)?！蓖ㄓ闷嘩arren設(shè)計中心的高級經(jīng)理Bill Mattana表示。