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一文了解汽車(chē)正投影面積精確測(cè)量神器

2019-07-26 20:08:51·  來(lái)源：中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞技術(shù)  
　
汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算公式近年來(lái)，汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)作為評(píng)價(jià)汽車(chē)氣動(dòng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，越來(lái)越被車(chē)企和公眾所關(guān)注。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)Cd 時(shí)，通常采用風(fēng)洞配置

汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算公式

近年來(lái)，汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)作為評(píng)價(jià)汽車(chē)氣動(dòng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，越來(lái)越被車(chē)企和公眾所關(guān)注。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)Cd 時(shí)，通常采用風(fēng)洞配置的高精度天平系統(tǒng)測(cè)量汽車(chē)氣動(dòng)阻力F，然而對(duì)于汽車(chē)正投影面積A的測(cè)量，業(yè)內(nèi)使用了不同的測(cè)量設(shè)備 。本期將介紹測(cè)量精度較高的兩種測(cè)量工具——三維掃描系統(tǒng)和3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)。

三維掃描系統(tǒng)

以中國(guó)汽研（CAERI）汽車(chē)風(fēng)洞中心所擁有的加拿大Creaform三維掃描系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。該系統(tǒng)包括兩臺(tái)Handyscan 700手持式自定位三維激光掃描儀和一臺(tái)Maxshot 3D Next手持式光學(xué)拍照定位系統(tǒng)，三臺(tái)設(shè)備可配合使用。

工作原理

Handyscan 700使用光學(xué)反射靶形成鎖定至部件自身的參考系統(tǒng)，在掃描期間樣件和掃描儀都可以移動(dòng)，從而可以避免掃描死角，掃描樣件數(shù)據(jù)更完整，而且周?chē)h(huán)境的變化絲毫不會(huì)影響數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和精度。兩臺(tái)掃描儀可以獨(dú)立使用、也可以單獨(dú)使用、兩套掃描儀可以共用一個(gè)坐標(biāo)系文件，可以大大加快測(cè)量速度，所有測(cè)量的掃描數(shù)據(jù)都可以統(tǒng)一坐標(biāo)系。主要技術(shù)參數(shù)如下：
 
- 體積精度：0.02 mm+0.06 mm/m
 
- 單點(diǎn)示值誤差：0.03 mm
 
- 單點(diǎn)重復(fù)性：0.01 mm
 
- 坐標(biāo)重復(fù)性：0.02 mm
 
- 分辨率：最高0.05 mm
 
- 掃描頻率：480,000次/秒

Maxshot 3D Next拍照定位系統(tǒng)主要用于保證大空間定位的高精度，以消除測(cè)量誤差；對(duì)于尺寸較大的樣件，掃描精度可以提高40%。該系統(tǒng)可以測(cè)量1-15米范圍內(nèi)的樣件，大大提高測(cè)量空間及精度，而且測(cè)量約束更少，無(wú)論多大的樣件都可以測(cè)量。主要技術(shù)參數(shù)如下：
 
- 體積精度：0.025 mm/m
 
- 平均偏差：0.008 mm/m
 
- 樣件尺寸范圍：無(wú)限制
 
- 空間距離重復(fù)性：0.02 mm
 
重要說(shuō)明：

當(dāng)Handyscan 700和Maxshot 3D Next配合使用時(shí)，體積精度可達(dá)：0.02 mm+0.025 mm/m。

技術(shù)特點(diǎn)
Creaform三維掃描系統(tǒng)完美結(jié)合了激光掃描與影像測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)，內(nèi)置了AICON影像測(cè)量定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量并且保證其掃描的精度。
 
該系統(tǒng)的目標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)定位技術(shù)，無(wú)須測(cè)量臂或其他跟蹤設(shè)備進(jìn)行組合掃描，自動(dòng)拼接不同部位的掃描數(shù)據(jù)，掃描時(shí)可以隨意翻動(dòng)或移動(dòng)工件而不影響掃描精度，對(duì)工件沒(méi)有特別裝夾要求，非常適合于工件正反兩面掃描，保持正反兩面的數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)系下，無(wú)需人為對(duì)正反兩面的點(diǎn)進(jìn)行拼接。
 
整車(chē)車(chē)身掃描

裝配掃描和組合掃描：可以將具有裝配關(guān)系的零部件先用內(nèi)置的攝影定位技術(shù)確定位置關(guān)系，然后將零部件依次拆下、掃描，而其數(shù)據(jù)照樣保持原來(lái)的裝配關(guān)系。整個(gè)過(guò)程無(wú)需人為對(duì)坐標(biāo)，所有開(kāi)閉件的位置將自動(dòng)的對(duì)齊到整車(chē)坐標(biāo)系，開(kāi)閉件的各級(jí)開(kāi)度整體掃描統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系內(nèi)，便于后期計(jì)算數(shù)據(jù)，由于無(wú)需再人工對(duì)坐標(biāo)，減少了人為偏差。
 

 
裝配掃描和組合掃描

該系統(tǒng)的掃描幾乎無(wú)限制：不受樣件尺寸大小、復(fù)雜程度、原材料或顏色的影響?？稍讵M窄的空間掃描，且樣件可以自由移動(dòng)；如汽車(chē)內(nèi)部?jī)x表板、駕駛艙等。

主要功能

在汽車(chē)行業(yè)，該系統(tǒng)可用于汽車(chē)整車(chē)及零部件掃描，汽車(chē)內(nèi)飾3D掃描；在其他制造行業(yè)，該系統(tǒng)可用于磨具、夾具和模型的逆向工程掃描，3D掃描質(zhì)量檢測(cè)，3D掃描模擬裝配，3D掃描磨損分析；在其他行業(yè)，比如文化創(chuàng)意領(lǐng)域，可進(jìn)行人像和文物掃描。

3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)

中國(guó)汽研（CAERI）汽車(chē)風(fēng)洞中心擁有全球首套3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由德國(guó)GFAI公司提供，主要包括14臺(tái)FARO高速三維掃描儀和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。

工作原理

3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)配備了14臺(tái)FARO高速三維掃描儀，F(xiàn)ARO掃描儀可發(fā)出紅外線，測(cè)量紅外線到達(dá)物體表面的時(shí)間，從而計(jì)算出物體表面測(cè)量點(diǎn)的距離，在幾分鐘內(nèi)為復(fù)雜的環(huán)境和幾何構(gòu)型建立起3D點(diǎn)云模型。

在正投影面積測(cè)量室內(nèi)，分別在天花板高度5.6米、墻面高度1.5米、地面高度布置14臺(tái)FARO高速三維激光掃描儀。
正投影面積測(cè)量房間的FARO掃描儀布置方式

該系統(tǒng)利用14臺(tái)FARO掃描儀對(duì)車(chē)輛外形進(jìn)行精確掃描，快速計(jì)算并生成車(chē)輛外形3D點(diǎn)云模型，根據(jù)使用者需求輸出車(chē)輛表面模型并計(jì)算車(chē)輛正投影面積，用于風(fēng)洞測(cè)試風(fēng)阻系數(shù)的計(jì)算；也可以在后臺(tái)軟件中通過(guò)已知掃描儀的位置偏移量進(jìn)行擬合處理，輸出車(chē)輛3D擬合模型或點(diǎn)云模型用于CFD仿真計(jì)算和麥克風(fēng)聲源定位測(cè)試。

整車(chē)3D掃描結(jié)果展示
整車(chē)掃描3D數(shù)字模型
 
正投影面積的計(jì)算

技術(shù)特點(diǎn)及主要功能

3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)利用3D定位原理，相較于常規(guī)2D激光追蹤定位測(cè)量正投影面積方法，具有測(cè)量快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確捕捉車(chē)身表面及底盤(pán)上的孔洞。

在中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞與德國(guó)FKFS汽車(chē)風(fēng)洞對(duì)標(biāo)工作中，使用中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)以及FKFS汽車(chē)風(fēng)洞2D激光追蹤定位測(cè)量系統(tǒng)分別對(duì)同一款對(duì)標(biāo)車(chē)進(jìn)行正投影面積測(cè)量，發(fā)現(xiàn)3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)可以精確掃描出車(chē)身底盤(pán)前部?jī)蓚?cè)的孔洞從而獲得更準(zhǔn)確的正投影面積數(shù)據(jù)，進(jìn)而可用于風(fēng)阻系數(shù)的精確計(jì)算。
 
對(duì)標(biāo)車(chē)底盤(pán)前部孔洞實(shí)拍
 
3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果
 
2D激光追蹤定位測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果
 
3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)需求單獨(dú)掃描輸出被測(cè)車(chē)輛的正投影面積，整個(gè)掃描過(guò)程僅需20分鐘，不僅實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的高精度，而且實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過(guò)程高效率。

此外，如果用戶(hù)有需求，3D正投影面積測(cè)量系統(tǒng)還能借助后臺(tái)軟件自動(dòng)擬合車(chē)輛點(diǎn)云圖，輸出整車(chē)3D掃描數(shù)字模型，整個(gè)掃描過(guò)程需要2小時(shí)，掃描得到的數(shù)字模型可用于麥克風(fēng)陣列聲源定位分析以及CFD仿真計(jì)算等。
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