基于3DCS软件的抬头显示装配偏差分析及系统优化

基于3DCS软件的抬头显示装配偏差分析及系统优化

作者：贾青姜立伟

来源：《工业技术创新》2020年第01期

摘; ;要：抬头显示系统是一种车辆安全辅助系统，但其在整车生产流水线中时常出现标定不合格的情况，严重影响投影图像质量。聚焦于抬头显示装配偏差问题，对其四个零件——车身横梁支架、H型支架座、小支架、投影仪的装配工艺进行分析，得到装配关键要素。基于

3DCS偏差分析软件，采用Monte Carlo模拟法，对抬头显示装配偏差进行建模仿真，得到各个偏差源的贡献度、敏感度以及6-Sigma值，确定主要偏差源为小支架安装夹具的孔销位置度偏差。对抬头显示安装夹具的公差和设计进行优化，即把小支架安装夹具的孔销位置度公差值从±0.2 mm改为±0.1 mm，并取消小支架的特征孔而改为小支架上端平面的第三个特征点，现场跟踪三个月表明标定一次性合格率由70%提升至96.7%。

关键词：抬头显示;装配偏差;Monte Carlo模拟法;3DCS软件;6-Sigma

中图分类号：TH; ; 文献标识码：A; ; 文章编号：2095-8412 （2020） 01-069-06

工业技术创新 URL： http： //; ; DOI： 10.14103/j.issn.2095-

8412.2020.01.014

引言

近年来，道路交通和车辆安全的智能技术已经成为热门的研究对象，特别是抬头显示系统（以下简称“抬头显示”），作为一种车辆安全辅助系统，引起了业界的关注[1]。在汽车上安装抬头显示，可以使驾驶员在不低头的情况下，通过投影在前挡风玻璃上的图像，得到重要的驾驶信息，从而有效抑制因低头而引起的注意力分散或视觉盲区问题，大大提高了行车安全度[2-3]。

为保证投影图像能够正确清晰地显示在挡风玻璃上，在整车生产流水线中，需要对安装好的抬头显示进行标定。然而在实际的汽车生产中，时常有抬头显示标定不合格的情况出现，主要有以下三个原因：1）抬头显示装配偏差;2）抬头显示产品本身偏差;3）挡风玻璃偏差（光学影响）。国内外研究大多针对2）和3），鲜有关于1）的报道。

本文基于3DCS软件，采用Monte Carlo模拟法，对抬头显示装配偏差进行研究，以期为汽车内外饰的零件装配偏差控制提供参考依据，实现对偏差分析的有效反馈。

1; Monte Carlo模拟法与3DCS软件

目前面向刚性装配的偏差分析方法有极值法、统计分析法和蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟法这三种方法[4]，其中极值法适用于一维尺寸链的偏差计算与分析[5]，统计分析法可以用来分析一维和二维尺寸链的装配偏差[6]，而Monte Carlo模拟法是一种将误差统计和综合思想应用于设计装配偏差分析的方法[7]。Monte Carlo模拟法的原理是，首先建立零件偏差分布的概率模型;然后随机抽样，对零件进行装配;最后对装配偏差进行分析，得到装配偏差的分布[8]，用来分析三维尺寸链的偏差[9-10]。由于抬头显示装配过程属于三维尺寸链安装，因此Monte Carlo模拟法适用于此。

然而，在三维空间中，传统的手工算法是很复杂的[11]。20世纪70年代以来，计算机技术迅速发展，传统偏差分析方法与计算机模拟技术相结合，三维偏差分析软件就此出现[12]。近几年，利用偏差分析软件进行偏差分析成为一种趋势[13]。目前偏差分析软件主要有

3DCS、VSA、CETOL、6-Sigma等[14]，其中3DCS软件是由DCS公司发布的，它能完全嵌套在CATIA和UG上使用，能够采用Monte Carlo模拟法进行三维偏差分析[15]，因此也适用于抬头显示装配的偏差分析。

2; 抬头显示装配工艺分析及模型建立

2.1; 抬頭显示装配工艺分析

在整车生产流水线中，抬头显示的装配涉及到四个零件，分别是车身横梁支架、H型支架座、小支架以及投影仪，如图1所示。

各零件的装配定位方式如下：

（1）车身横梁支架作为焊接件，与车身作为一个整体，一同进入油漆车间喷涂;

（2）H型支架座的X、Y、Z方向由H型支架座夹具在车身框架上定位后，操作工对H 型支架座进行螺栓紧固;

（3）小支架X、Z方向由小支架夹具在车身框架上定位，Y方向由H型支架座上的位置定位，然后由人工直接对小支架进行螺栓紧固;

（4）投影仪直接由左右两个小支架上的定位销进行定位，操作工对投影仪进行螺栓紧固。

由此得出结论，抬头显示投影仪的位置是由小支架上的定位销的位置和与投影仪接触的小支架上端平面进行确定的。因此本课题将小支架定位销的位置度、小支架与投影仪接触的上端平面的平面度作为关键装配要素。

2.2; 模型建立

2.2.1; 特征点创建

根据章节2.1所述零件信息确定各零件的装配特征点，如表1所示。

对于H型支架座，需要创建三个特征点、两个特征孔，用于H型支架座自身的装配。如图2所示，三个特征点为LAGERBOCK X1、LAGERBOCK X2、LAGERBOCK X3;两个特征孔为LAGERBOCK YZ、LAGERBOCK Z。

对于小支架，需要创建三个特征点、一个特征孔、一个特征面，用于小支架的装配。三个特征点、一个特征孔用于定位小支架X、Z方向，特征面用于定位小支架Y方向。如图3所示，小支架（左）三个特征点分别为HALTER LINKS X1、HALTER LINKS X2、HALTER LINKS YZ;一个特征孔为 HALTER LINKS Y;一个特征面为HALTER LINKS Z。小支架（右）特征点创建方式同上。

2.2.2; 虚拟夹具及夹具特征点创建

3DCS中可以添加虚拟夹具。虚拟夹具可以不使用CATIA 实体、线或点来表达，而使用特征点表达。这些特征点作为整个抬头显示装配模型的安装目标点。

具体操作是通过3DCS创建两个虚拟夹具，并分别复制H型支架座和小支架的零件特征点到每个夹具上，再修改两个夹具特征点的特征参数，就可以完成虚拟夹具的创建。

2.2.3; 零件及夹具公差创建