汽車研發(fā)與非接觸式測量技術(shù)

日前，《財富》發(fā)布了“2016年《財富》中國500強(qiáng)”，上汽集團(tuán)以6704億元營收位列第五位，成為汽車行業(yè)的企業(yè)，也是今年榜單中進(jìn)入前十的車企。汽車及零配件行業(yè)榜單方面，共有25家公司上榜，其中包括20家整車企業(yè)。

汽車行業(yè)近年來在國內(nèi)快速發(fā)展，基礎(chǔ)在于汽車生產(chǎn)水平不斷進(jìn)步。汽車生產(chǎn)水平的進(jìn)步，來源于汽車研發(fā)工作的突破，而汽車研發(fā)中不斷的技術(shù)積累和進(jìn)步，從材料選擇到車型設(shè)計，從座椅擺放到輪胎，都離不開測試技術(shù)的進(jìn)步。近年來，非接觸式測量技術(shù)不斷在汽車行業(yè)中應(yīng)用，在帶來檢測方式突破的同時，客觀上也推動了汽車研發(fā)工作的突破。

什么是非接觸式測量技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，測量技術(shù)在自動化生產(chǎn)、質(zhì)量控制、反求工程及生物醫(yī)學(xué)工程等方面的應(yīng)用日益重要。傳統(tǒng)的接觸式測量技術(shù)存在測量時間長、需進(jìn)行補(bǔ)償、不能測量彈性或脆性材料等局限性，因而不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。非接觸式測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的，其測量基于光學(xué)原理，具有高效率、無破壞性、工作距離大等特點，可以對物體進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)的測量。此類技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品質(zhì)量檢測和工藝控制中，可大大節(jié)約生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的研制周期，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，因而倍受人們的青睞。隨著各種高性能元器件如CCD、CMOS等的出現(xiàn)，非接觸測量技術(shù)得到迅猛的發(fā)展。非接觸式測量不需要與待測物體接觸，可以遠(yuǎn)距離非破壞性地對待測物體進(jìn)行測量。

非接觸式測量應(yīng)用1——汽車三維掃描逆向

非接觸式測量在汽車研發(fā)中的應(yīng)用，常見的就是汽車三維掃描逆向。三維掃描是一種很常見的非接觸式測量技術(shù)應(yīng)用，不論是激光、白光還是藍(lán)光的三維掃描設(shè)備，都不需要接觸被測物體，即可測量物體的空間點坐標(biāo)，重構(gòu)物體的三維形貌。在汽車研發(fā)中，研發(fā)人員經(jīng)常會對一些曲面較多且不規(guī)則的零部件做逆向，這些零部件不僅難以測量，效率低下，而且勉強(qiáng)測量后逆向的誤差也較大。在三維掃描技術(shù)發(fā)展并應(yīng)用之后，汽車逆向的效率和均有了大幅度提升。國產(chǎn)汽車近年來能夠奮起直追，大跨步向世界先進(jìn)汽車品牌靠近，三維掃描技術(shù)是一塊不可忽視的基石。除了零部件逆向之外，三維掃描技術(shù)還可以用于整車逆向，從而對汽車車身進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。在生產(chǎn)中，三維掃描技術(shù)還經(jīng)常用來做質(zhì)量檢測（數(shù)模對比），一方面保證鑄件、沖壓件、注塑件等的，另一方面指導(dǎo)生產(chǎn)工藝改進(jìn)。

非接觸式測量應(yīng)用2——汽車輕量化研究

汽車的輕量化,就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。除了車型持續(xù)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)外，采用輕質(zhì)材料和減薄車身板料厚度是汽車輕量化實現(xiàn)的常用措施。

輕質(zhì)材料包含金屬和非金屬，如鋁、鎂、鈦合金，塑料聚合物材料及陶瓷材料。這些材料的力學(xué)性能測定，使用傳統(tǒng)的應(yīng)變片、傳感器、引伸計方法時，有三個關(guān)鍵的問題難以解決。首先，對于質(zhì)量形體相對小的樣本來說，傳統(tǒng)接觸式測量會導(dǎo)致接觸面的變形，從而影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，接觸面不能太光滑——光滑的接觸面會造成接觸式測量時發(fā)生打滑的現(xiàn)象，這也會影響測量結(jié)果。第三、接觸式測量的依賴于敏感的電子元件，而許多材料在試驗過程中發(fā)生斷裂的話，斷裂時釋放的能量（特別是復(fù)合材料或脆性金屬）足以損壞這些電子元件。

非接觸式方法不僅可以解決以上的問題，從而更加適應(yīng)輕量化研究中大量新型材料、金屬材料的力學(xué)性能檢測，同時在大變形、高速沖擊變形等實驗中也凸顯出相比傳統(tǒng)接觸式方法的巨大優(yōu)勢。

上面說過，汽車輕量化常用的措施中，一方面是新型輕質(zhì)材料的應(yīng)用，另一方面是金屬薄板厚度的降低。非接觸式測量除了應(yīng)用于汽車輕質(zhì)材料的力學(xué)性能檢測中，在板料成形應(yīng)變變形的測量中，其也已日益成為主流。上汽、廣汽等汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)，目前都開始引進(jìn)使用這方面的系統(tǒng)。

非接觸測量應(yīng)用3——汽車NVH研究

NVH標(biāo)準(zhǔn)，即噪音(Noise)、振動(Vibration)、 聲振粗糙度(Harshness)三項標(biāo)準(zhǔn)，通俗稱為乘坐轎車的“舒適感”。NVH是汽車工程領(lǐng)域一個比重很大的研究方向。從市場角度來說，用戶對汽車舒適感日益嚴(yán)苛的追求，給這方面研究提供了市場驅(qū)動力；從技術(shù)角度來說，汽車中大量的故障問題都與NVH有關(guān)。因此各大公司研發(fā)費用一般至少五分之一消耗在解決車輛的NVH問題上，中轎車在研發(fā)期間與NVH有關(guān)的實驗量非常大。

隨著大量研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位對NVH的重視，相關(guān)實驗的對象越來越廣，動態(tài)性能的指標(biāo)要求也越來越高，傳統(tǒng)接觸式測量手段在很多時候，已無法完全滿足相關(guān)測量需求。非接觸式測量面對的測試對象更廣，適應(yīng)環(huán)境能力更強(qiáng)，尤其針對動態(tài)高速等實驗測量有傳統(tǒng)接觸式測量無法企及的優(yōu)勢，因而在企業(yè)NVH研究測試中，非接觸式測量逐步展露頭角，并牢牢在NVH研發(fā)中豎立起獨特的地位。NVH研究，除了噪聲研究外，還包含隔振及振動對零部件強(qiáng)度和壽命的影響方面的研究。后者與非接觸式測量的聯(lián)系更為緊密，在包括發(fā)動機(jī)振動模態(tài)分析，汽車車身整體及局部振動等相關(guān)實驗中，非接觸式測量方式均已成功應(yīng)用。

非接觸式測量應(yīng)用4——汽車安全性研究

汽車安全對于車輛來說分為主動安全和被動安全兩大方面。 主動安全就是操縱控制汽車要求自如平穩(wěn)。被動安全是指汽車在發(fā)生事故以后對車內(nèi)乘員的保護(hù)，如今這一保護(hù)的概念以及延伸到車內(nèi)外所有的人甚至物體。

對于汽車安全方面的研究來說，碰撞測試的常規(guī)的實驗，此外，輪胎防滑防爆、汽車輔助駕駛系統(tǒng)等也是基本的研究領(lǐng)域。目前的汽車安全研究，進(jìn)一步針對實際，模擬的實驗不論是速度、路況等都要求需要貼合實際，這對測量手段對各種復(fù)雜工況（高速、振動、大變形等）的適應(yīng)性提出了很高的要求，而非接觸式測量在復(fù)雜工況適用性上特點鮮明、獨樹一幟，也就自然受到了相關(guān)研究者的青睞，并被應(yīng)用在各自的研究實驗中。

全文總結(jié)

非接觸式測量方法不需接觸被測物體，對物體影響小，同時也避免過于被待測物體限制，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境能力強(qiáng)，尤其對高溫、高速、大變形、破壞等工況研究有常規(guī)測量無法比擬的優(yōu)勢，因而在當(dāng)今汽車工程的研究工作中，越來越多的被應(yīng)用。文中提到的汽車研發(fā)中四個應(yīng)用方向只是一部分，更多的應(yīng)用還需要汽車研發(fā)人員與非接觸式測量技術(shù)提供商進(jìn)一步的挖掘合作。

相關(guān)非接觸式測量設(shè)備：

XTOM三維面掃描系統(tǒng)

XTDP三維光學(xué)攝影測量系統(tǒng)

XTDA三維動態(tài)變形測量分析系統(tǒng)

XTDIC數(shù)字散斑三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)