CN114004034A - 一种车身精度的三角函数分析方法 - Google Patents

一种车身精度的三角函数分析方法 Download PDF

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CN114004034A CN202111417849.5A CN202111417849A CN114004034A CN 114004034 A CN114004034 A CN 114004034A CN 202111417849 A CN202111417849 A CN 202111417849A CN 114004034 A CN114004034 A CN 114004034A
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Abstract

本发明公开了一种车身精度的三角函数分析方法，包括以下步骤：S1：收集产品设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求，所述产品为车身或相关零部件；S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库；该数据包括产品匹配状态数据和产品检测数据，通过该数据采集，用于产品在现场实际匹配的故障确认，并用于数据加工分析和对比分析；S3：依据产品设计，构建三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点；S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量；三角形的边长求解时使用空间直角坐标系中。

Description

一种车身精度的三角函数分析方法
技术领域
本发明涉及一种汽车车身制造领域，具体是一种车身精度的三角函数分析方法。
背景技术
随着汽车制造业的迅速发展，对汽车制造综合误差的要求也日益严格。制造综合误差主要由各个零部件的制造精度所决定的，而零件都是按CAD数学模型加工制造的；要获得它与原理论数学模型相比的误差值，需用三坐标测量机进行测量。三坐标测量机可按零件的CAD数学模型中的理论坐标进行精确测量，可得到坐标值的误差量，为判断外形复杂的零件是否合格提供可靠依据，因此必须有行之有效的控制手段来保证零部件的制造精度，最终根据车身尺寸检测数据配合分析，通过3-2-1、尺寸链等分析方法，总结出尺寸配合问题，指导装配一致性的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车身精度的三角函数分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种车身精度的三角函数分析方法，包括以下步骤：
S1：收集产品设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求，所述产品为车身或相关零部件；
S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库；
该数据包括产品匹配状态数据和产品检测数据，通过该数据采集，用于产品在现场实际匹配的故障确认，并用于数据加工分析和对比分析；
S3：依据产品设计，构建三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点；
S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量；
三角形的边长求解时使用空间直角坐标系中，点A(XA，YA，ZA)和点B(XB，YB，ZB)之间的距离为，并计算出三角形中任意两点的边长；
S5：结合产品设计要求，得出分析结论。
作为本发明进一步的方案：所述数据库包括产品的实测值数据库和功能尺寸数据库在内的至少两种数据库。
作为本发明进一步的方案：在步骤S2中，对数据进行采集时，可实施产品不同批次、不同生产日期进行抽样采集，并对实际匹配过程中产生的故障状态的相关数据进行测量统计。
作为本发明进一步的方案：在所述步骤S3中，构建三角形模型时，能够直接建立三角形模型，或通过建立空间虚拟坐标点或虚拟线来实现三角形的建立。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的车身精度的三角函数分析方法，通过对产品设计图纸进行收集，并与实际测量数据进行对比并建立数据库，并由产品设计构建三角形模型，通过在三角形模型上标注相关孔位和变化点，并依据三角函数关系求解变化点的相应变化量，以得出所有孔位累计偏差带来的影响，并在车身制作过程进行状态开展管理，并及时调整相关的加工参数。
附图说明
图1是实施例1中三角窗零部件相对关系示意说明图。
图2是实施例1中三角窗的装配固定方式说明的说明图。
图3是实施例1中三角窗固定装配作为分析对象的角度模型说明图。
图4是图3的局部角度模型说明图。
图5是实施例1中三角窗的修正固定方式示意图。
图6是实施例2中后视镜零部件相对关系示意说明图。
图7是实施例2中后视镜装配位置与前门铰链位置角度关系的示意说明图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
一种车身精度的三角函数分析方法，包括以下步骤：
S1：收集产品设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求。
其中，该产品为车身或相关零部件，该设计图纸用于对产品相关孔位的坐标值进行采集以及建立数据库；所述坐标值为产品图纸设计的规范要求；所述数据库包括产品的尺寸数据；所述产品配合标准，用于明确产品的装配标准要求，此要求为产品的配合目标；所述产品设计公差要求，用于确定车身焊接的零部件在装夹、焊接过程中的偏差，同时用于装配零部件在装配过程的偏差配合分析，并使用数学模型求证得出车身、零部件在处于公差上限的配合状态。
S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库。
该数据库包括产品的实测值数据库和功能尺寸数据库在内的至少两种数据库。
该数据包括产品匹配状态数据和产品检测数据，通过该数据采集，用于产品在现场实际匹配的故障确认，并用于数据加工分析和对比分析。
对数据进行采集时，可实施产品不同批次、不同生产日期进行抽样采集，并对实际匹配过程中产生的故障状态的相关数据进行测量统计。
例如，在车身制作过程中，基于整车坐标系和尺寸控制需求预设各测点的测点坐标，并建立各测点的测点坐标与对应实物的测量结果偏差关系；
获取到测量结果后，根据所述测量结果所包含的测点坐标以及所述各测点的测点坐标实际匹配状态检测数据，用于现场实际匹配的故障状态确认，可实施不同批次、不同日期的数据采集，并建立Excel表格，填写数据库，用于数据加工分析、对比分析。
S3：依据产品设计，构建三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点。
该构建三角形模型时，具有两种方式：
其一、当产品设计能够轻易实现三角形的绘制，则直接建立三角形模型；
其二、当产品设计不易实现三角形的绘制时，则通过建立空间虚拟坐标点或虚拟线来实现三角形的建立。
S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量。
需要注意的是，三角形的顶点在公差上下限移动时，需要关联产品的实际装配情况，且在三角形上的相关孔位的上下限偏差导至的偏差点变化应相互对应，防止出现方向计算相反的情况出现。
三角形的边长求解时使用空间直角坐标系中，点A(XA，YA，ZA)和点B(XB，YB，ZB)之间的距离为
Figure BDA0003376270370000041
并计算出三角形中任意两点的边长。
此外，依据三角形的建立及实际要求证点的关系，使用合适的三角函数，还能够用于求证相关弧度、角度、数值等。
S5：结合产品设计要求，得出分析结论。
上述分析方法可应用在零部件匹配、功能耐久性管理中。
其中，在零部件匹配中的应用，预先按照车身焊接流程和车身各零件的基础信息建立零件的CAD数学模型，利用精度检测设备三坐标测量机，按零件的数学模型中的理论坐标进行精确测量，可得到测量值(安装孔位、型面点)的误差量，此误差量存在公差带，存在零部件所有单点合格，但实际匹配零部件过程存在异常，进而通过上述分析方法进行数学模型公式计算，得出所有孔位累计偏差带来的影响。
在功能耐久性管理中的应用，考虑车辆正在行驶的状态的情况下，例如在因车道变换、扭曲路面等状态下，对车身功能性部件(车门、前桥、后桥、悬制等组部件)变化时的功能性的影响，通过上述分析方法可在车身制作过程的状态开展管理，并及时调整相关的加工参数。
下面通过具体实例来说明本发明的车身精度的三角函数分析方法的具体应用：
实施例1
以某车型三角块窗的装配定位为例，说明上述分析方法在零部件匹配中的应用。
参阅图1，现有技术中，三角窗在装配到车身上的时候沿车身Y轴的旋转，自由度得不到准确控制，导致其和翼子板钣金的配合出现问题。某车型三角窗与翼子板钣金要求为间隙标准为5±1mm，实际装车过程中，三角块与翼子板钣金配合间隙不稳定，存在较大波动；
参阅图2，将三角窗安装图示化：
三角窗共计3个安装U型槽，安装槽直径：Φ12mm；
安装槽对应3个安装卡扣，安装卡扣直径：Φ11.8mm；
卡扣孔①②圆心连线平行车身X轴，控制三角窗X向的平移及转动；
卡扣孔①③控制三角窗Z向平移及转动；
安装槽与安装卡扣的单边公差：T＝0.1mm；
现有技术分析如下：
基于三角窗的产品设计构造，分析其在空间坐标内的变化：
X向：平动和转动①②控制X向平行移动；三角窗和车身固定点控制X向转动；
Y向：平动和转动三角窗和车身固定点控制Y向平动；由于①②③U型孔开口方向及位置关系，三角窗会绕①旋转，即Y向旋转，三角块处于欠定位状态，无法满足装配要求。
Z向：平动和转动①③控制Z向平动；三角窗和车身固定点控制Z向转动；
因此，该三角窗的定位不符合3-2-1定位原理，三角窗与翼子板钣金要求为间隙标准为5±1mm，但现有技术分析不出三角窗绕Y轴的旋转量。
需要说明的是，3-2-1定位原理：每个刚性物体在三维空间中皆有6个自由度，其中3个移动平行于坐标系，3个移动围绕轴线转动。因此，要限制这6个自由度来实现对其定位，3-2-1法则就明确了这样1个定位法。
通过本发明的三角函数分析方法对该三角窗绕Y轴的旋转量时，其顶点的偏差量进行求解。
该产品为三角窗。
S1：收集三角窗设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求。
S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库。
S3：依据三角窗设计，构建三角窗的三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点。
参阅图3和图4，具体为，对该三角窗直接绘制三角形模型，其上的相关孔位包括第一卡扣孔1，为靠近三角窗直角处的卡扣孔；第二卡扣孔2，为靠近三角窗直角底边的卡扣孔；第三卡扣孔3，为靠近三角窗斜边上方的卡扣孔。
其上需要计算的变化点为三角形的顶点。
S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量。
根据装配情况设三角窗绕第一卡扣孔1的旋转角度为：α；
第一卡扣孔1到三角形顶点处连线与第一卡扣孔1、第二卡扣孔2圆心连线形成夹角角度为：β；
三角形的装配定位误差分析：
设第二卡扣孔2对应的卡子孔的单边公差为：T；
第一卡扣孔1圆心至三角形直角边距离为：a；
第一卡扣孔1和第二卡扣孔2的距离为：L2；
第一卡扣孔1到三角形顶点处的距离为：L1；
由步骤S1中的产品设计图纸已知：L1＝86、L2＝22、a＝20、T＝0.1；
求：△T1(即三角形顶点处的移动量)；
因为：cosα＝(L2-T)/L2；
α＝arccos[(L2-T)/L2]＝arccos[(22-0.1)/22]＝0.095rad(rad是弧度)
cosβ＝a/L1；
β＝arccos(a/L1)＝arccos(20.5/86)＝1.336rad；
cos(β-α)＝(a+△T1)/L1；
β-α＝arccos[(a+△T1)/L1]；
所以：△T1＝cos(β-α)*L1-a；
＝cos(1.336-0.095)*86-20＝27.9-20＝7.9mm；
该△T1即三角形顶点处的理论偏差量，即变化点偏差量。
3-2-1定位原理中的2，(即不论①②③如何两两组合定位，均不能控制绕Y轴旋转)，导致其在装配定位绕Y轴旋转。
S5：结合产品设计要求，得出分析结论。
参阅图5，建议修改方案：把第三卡扣孔3处的方向沿Z向开孔(箭头所示)即可解决Y向的旋转问题。更改后其在Y向的旋转得到有效的控制，装配误差由零件本身和车身的制造误差决定。
实施例2
以某车型前门后视镜底座与三角窗间隙面差要求为例，说明上述分析方法在功能耐久性管理中的应用。
参阅图6，现有技术中，某车型前门后视镜底座与三角窗间隙面差要求为：在前门关闭状态下，前后平面上，三角窗高于后视镜底座0.5～1.5mm，实际装车过程中，三角窗与后视镜底座配合面差不稳定，存在较大波动：
S1：收集产品设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求。
S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库。
根据步骤S1、S2制得车身精度检测数据表，如下表1(以左侧为例，下同)：由传统车身精度检测数据分析，相关检测孔位的精度偏差均符合公差范围要求；
Figure BDA0003376270370000081
Figure BDA0003376270370000091
表1
由表1可知，相关安装孔位精度偏差均符合产品设计要求，通过对三角窗、后视镜底座进行车身主检具Cubing安装适配，得出外购件符合产品标准；
S3：依据产品设计，构建三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点。
如图6所示，该三角形模型的建立，包括后视镜安装面参考点、前门上铰链以及前门下铰链，由于上述参考点不易实现三角形的绘制，因此通过建立空间虚拟点来实现三角形的建立。即由后视镜安装面参考点、前门上铰链、前门下铰链以及空间虚拟点四个点绘制三角形，其中，空间虚拟点为直角顶点，后视镜安装面参考点为三角形顶点(即变化点)，前门下铰链为下直角边顶点，前门上铰链位于三角形斜边上。
S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量。
根据表1中的各点坐标的标准值可知。
后视镜安装面参考点与空间虚拟点Z向垂直高度H后下＝744.79；
后视镜安装面参考点与前门下铰链空间距离L后下＝745.24；
前门上铰链与前门下铰链空间Z向垂直高度H上下＝349.78；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下＝350.01；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下＝350.04(Y负偏1mm后)；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下＝350.04(Y正偏1mm后)；
上述各两点A(XA，YA，ZA)和点B(XB，YB，ZB)之间的距离为
Figure BDA0003376270370000092
结合表1的标准坐标值求得。
原后视镜安装面参考点的Y值(Y向坐标值)：
Sinα＝H上下/L上下＝H后下/L后下＝349.78/350.01＝0.99939；
H后下＝Sinα*L后下；
Figure BDA0003376270370000101
Figure BDA0003376270370000102
因后视镜位于前门下铰链右侧，故Y值＝-855.11。
异常情形1：前门上铰链Y负向偏差上公差极限-1mm，图7中细虚线表示；
Sinβ＝H上下/L上下＝H后下/L后下＝349.78/350.04＝0.99926
Figure BDA0003376270370000103
Figure BDA0003376270370000104
(因后视镜位于前门下铰链右侧，故Y值-1＝-852.47)
△Y-1值＝Y-1值-Y值＝-852.47-(-855.11)＝2.64
该△Y-1值为三角形顶点在前门上铰链负向偏移上公差极限的情况下，后视镜安装面参考点的偏移值。
异常情形2：前门上铰链Y正向偏差下公差极限+1mm，图7粗虚线表示；
Sinγ＝H上下/L上下＝H后下/L后下＝349.78/350.04＝0.99926
Figure BDA0003376270370000105
Figure BDA0003376270370000106
(因后视镜位于前门下铰链右侧，故Y值+1＝-852.47)
△Y+1值＝Y值-Y+1值＝-855.11-(-852.47)＝-2.64
故得出结论：
后视镜安装面与前门上铰链的关系变化量为2.64；
前门上铰链Y向波动(-1，1)，后视镜安装面(-2.64，2.64)；
S5：结合产品设计要求，得出分析结论。
现有公差带不能满足后视镜与三角窗的面差公差要求；从而得出，前门上铰链公差需修订为(-1，0.5mm)。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：收集产品设计图纸，产品配合标准、产品设计公差要求，所述产品为车身或相关零部件；
S2：实际数据采集，并建立Excel表格，填写数据库；
该数据包括产品匹配状态数据和产品检测数据，通过该数据采集，用于产品在现场实际匹配的故障确认，并用于数据加工分析和对比分析；
S3：依据产品设计，构建三角形模型，并在三角形上标注出需要进行分析的相关孔位以及需要计算求出的变化点；
S4：根据绘制的三角形模型，选择合适的三角函数关系sin、cos、tan、cot，并根据三角形的顶点在公差上下限移动时或超出公差上下限偏差时，求解出所述变化点的相应变化量；
三角形的边长求解时使用空间直角坐标系中，点A(XA，YA，ZA)和点B(XB，YB，ZB)之间的距离为
Figure FDA0003376270360000011
并计算出三角形中任意两点的边长；
S5：结合产品设计要求，得出分析结论。
2.根据权利要求1所述的车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：所述数据库包括产品的实测值数据库和功能尺寸数据库在内的至少两种数据库。
3.根据权利要求1所述的车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：在步骤S2中，对数据进行采集时，可实施产品不同批次、不同生产日期进行抽样采集，并对实际匹配过程中产生的故障状态的相关数据进行测量统计。
4.根据权利要求1所述的车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：在所述步骤S3中，构建三角形模型时，能够直接建立三角形模型，或通过建立空间虚拟坐标点或虚拟线来实现三角形的建立。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：所述三角形模型的相关孔位包括：
第一卡扣孔，为靠近三角窗直角处的卡扣孔；
第二卡扣孔，为靠近三角窗直角底边的卡扣孔；
第三卡扣孔，为靠近三角窗斜边上方的卡扣孔；
其上需要计算的变化点为三角形的顶点；
设三角形绕第一卡扣孔的旋转角度为：α；
第一卡扣孔到三角形顶点处连线与第一卡扣孔、第二卡扣孔圆心连线形成夹角角度为：β；
设第二卡扣孔对应的卡子孔的单边公差为：T；
第一卡扣孔圆心至三角形直角边距离为：a；
第一卡扣孔和第二卡扣孔的距离为：L2；
第一卡扣孔到三角形顶点处的距离为：L1；
由步骤S1中的产品设计图纸已知：L1、L2、a、T；
求：△T1，即三角形顶点处的移动量；
因为：cosα＝(L2-T)/L2；
α＝arccos[(L2-T)/L2]；
cosβ＝a/L1；
β＝arccos(a/L1)；
cos(β-α)＝(a+△T1)/L1；
β-α＝arccos[(a+△T1)/L1]；
故：△T1＝cos(β-α)*L1-a；
该△T1即三角形顶点处的理论偏差量，即变化点偏差量。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的车身精度的三角函数分析方法，其特征在于：所述三角形模型的相关孔位包括：
空间虚拟点，为三角形的直角顶点；
后视镜安装面参考点，为三角形顶点；
前门下铰链，为下直角边顶点；
前门上铰链，位于三角形斜边上；
所述变化点为三角形的顶点，即后视镜安装面参考点；
根据步骤S1、S2得到的表格中可知，
后视镜安装面参考点与空间虚拟点Z向垂直高度H后下；
后视镜安装面与前门下铰链空间距离L后下；
前门上铰链与前门下铰链空间Z向垂直高度H上下；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下；
前门上铰链与前门下铰链空间距离L上下；
原后视镜安装面参考点与前门下铰链的连接线，与空间虚拟点与前门下镜链连接线的夹角为α；
原后视镜安装面参考点的Y向坐标为Y值：
Sinα＝H上下/L上下＝H后下/L后下；
H后下＝Sinα*L后下；
Figure FDA0003376270360000031
Figure FDA0003376270360000032
当前门上铰链Y负向偏差上公差极限-1mm，后视镜安装面参考点的Y向坐标为Y-1值；后视镜安装面参考点与前门下铰链的连接线，与空间虚拟点与前门下镜链连接线的夹角为β；
Sinβ＝H上下/L上下＝H后下/L后下；
Figure FDA0003376270360000033
△Y-1值＝Y-1值-Y值；
该△Y-1值为三角形顶点在前门上铰链负向偏移上公差极限的情况下，后视镜安装面参考点的偏移值；
当前门上铰链Y正向偏差上公差极限+1mm，后视镜安装面参考点的Y向坐标为Y+1值；后视镜安装面参考点与前门下铰链的连接线，与空间虚拟点与前门下镜链连接线的夹角为γ；
Sinγ＝H上下/L上下＝H后下/L后下；
Figure FDA0003376270360000041
△Y+1值＝Y值-Y+1值；
由此得出后视镜安装面参考点的变化量为△Y值；
前门上铰链Y向波动(-1，1)，后视镜安装面变化(-△Y值，△Y值)。
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