通用3D掃描技術(shù)在汽車開發(fā)中的運(yùn)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(guó)通用汽車公司以來(lái)，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(gè)品牌全系列車型暢銷于全球120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，包括電動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)標(biāo)桿小組（General Motors’ Competitive Benchmarking）對(duì)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(cè)中。其中該套3D掃描系統(tǒng)包含紅光掃描、白光掃描以及藍(lán)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(jìng)爭(zhēng)車型構(gòu)造。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球汽車市場(chǎng)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(jì)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(jìn)行零部件檢測(cè)、過程質(zhì)量檢查以及故障排除等工作。

該通用公司競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)桿小組的高級(jí)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。”

通過汽車采用3D掃描技術(shù)歷時(shí)已有十年之久。其中，該3D掃描系統(tǒng)可以對(duì)汽車結(jié)構(gòu)和部件進(jìn)行紅光掃描、白光掃描或藍(lán)光掃描，同時(shí)該系統(tǒng)還配備一個(gè)先進(jìn)的相機(jī)傳感器以捕捉物體輪廓并進(jìn)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(duì)微小零部件以及整車外觀進(jìn)行掃描。但是，藍(lán)光掃描系統(tǒng)和白光掃描系統(tǒng)更擅長(zhǎng)對(duì)整車外觀（其中包括整個(gè)汽車外表面）進(jìn)行掃描；另外，藍(lán)光掃描系統(tǒng)還可以對(duì)汽車內(nèi)飾、發(fā)動(dòng)機(jī)組件以及車身組件進(jìn)行掃描記錄。白光掃描系統(tǒng)工作過程與藍(lán)光掃描相似，但是其技術(shù)較為陳舊，再加上藍(lán)光掃描先進(jìn)的技術(shù)，因此白光掃描系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用并不常用。紅光掃描系統(tǒng)則更擅長(zhǎng)對(duì)拆解后的汽車零部件進(jìn)行掃描以獲取其詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息。通過綜合利用紅光掃描系統(tǒng)和藍(lán)光掃描系統(tǒng)，車輛工程師們可以捕獲汽車內(nèi)每個(gè)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(jì)和開發(fā)。通過對(duì)汽車油泥模型外觀進(jìn)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(duì)車輛的一部分進(jìn)行3D掃描，那么可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機(jī)中以獲得快速原型機(jī)輔助開發(fā)設(shè)計(jì)。

Larry Pecar還表示：“通過對(duì)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(wú)處可藏?！?/P>

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(guó)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(jì)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(lái)的呢？通用汽車公司介紹說(shuō)，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(jì)的。

這款車的設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)用相機(jī)尋找部件曲線或輪廓的扭曲處，并記錄該扭曲在對(duì)象上的位置和它的方向。每次掃描的數(shù)字圖像都會(huì)拼接在一起，直到獲得完整的車輛信息。

“在Elmiraj這個(gè)項(xiàng)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(tuán)隊(duì)與數(shù)字化建模設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間合作的橋梁，” Frank Saucedo，通用汽車先進(jìn)設(shè)計(jì)工作室主任Frank Saucedo表示。

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

通用汽車自2001年以來(lái)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(jì)上并沒用在概念車的設(shè)計(jì)制造上。但Elmiraj是個(gè)例外，GM位于密歇根州的Warren設(shè)計(jì)中心加工車間和在加州的先進(jìn)設(shè)計(jì)工作室使用3D掃描技術(shù)驗(yàn)證幾乎每一個(gè)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)。”通用汽車Warren設(shè)計(jì)中心的高級(jí)經(jīng)理Bill Mattana表示。