RPS基准点系统的测量原理分析(汽车)

RPS基准点系统的测量原理分析

作者：北京航空精密机械研究所谭本能魏国强

关键字：汽车零部件；模具RPS基准点系统；三坐标测量

摘要：本文分析了RPS基准点系统的测量原理，阐明了其几何意义，并将其与检具(测量工装)方法进行比较，有助于汽车制造业和模具制造业三坐标测量机操作人员对RPS基准点系统的理解和应用。

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。而制造综合误差又主要由各个零部件的制造精度所决定的，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，RPS基准点系统就是为此目地而专门设计的，现已广泛应用在德国大众公司及相关配套厂中。

RPS基准点系统以汽车车身坐标系为唯一坐标系，所有零部件的理论坐标数据都以汽车车身坐标表达。采用RPS基准点系统，可使零件设计基准点、工艺夹紧点、工艺定位点、测量基准点统一，实现精确的坐标控制，提高了零部件的制造精度，减少了零部件因基准不协调而产生的偏差，汽车的装配精度也得以提高，汽车生产过程的质量稳定性有了可靠保证。

在汽车生产过程中要使用大量的模具，理解和掌握RPS基准点系统的原理和方法将有助于设计和制造高质量的汽车模具。

1 RPS基准点系统的测量原理

在汽车制造业中标，产品设计和制造都已实现了数字化，广泛采用了CAD（计算机辅助设计）、CAE （计算机辅助工程分析）、CAM（计算机辅助制造）和PDM（产品数据管理）等先进方法，这就要求有相应的数字化检测设备与之配套，三坐标测量机可充分发挥其作用。

在汽车制造业,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，就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。

使用三坐标测量机，得到准确的坐标测量结果的前提是建立与理论数模相一致的零件坐标系。

众所周知，3-2-1法则在坐标测量行业中是最基本的建立零件坐标系的方法，但它主要应用于形状比较规则的机械零件，而汽车零件的形状复杂；主要由各种曲面构成，需要特殊处理。

在普通3-2-1法则中，测量机软件以过前三点的平面直接建立第一基准轴，零件坐标系的原点往往是在零件上，非常简单。

而对汽车零件而言，其理论数模是建立在汽车车身坐标系中的，因此要想把汽车零件与理论数模进行比较，就必须要通过汽车零件建立起汽车车身坐标系，按照测量专用图纸的要求，对RPS点进行测量，即可建立起相应的汽车车身坐标系。

在RPS基准点系统方法中，基本原则还是遵从3—2—1法则，但是前三个RPS点并不是用于直接建立第一基准轴，而是通过一种复杂的的数学方法，由软件自动计算出一个特定的平面，再用该特定平面建立第一基准轴（实际上该特定平面是汽车车身坐标系XY、XZ、YZ中的一个），该特定平面到这三个RPS点有三个不同的偏置距离，如果这三个RPS点是确定Z轴的，则这三个偏置距离为三个RPS点的Z坐标值。依次类推，如果这三个RPS点是确定X轴的，则这三个偏置距离为三个点的X坐标值。当RPS点不是定位孔时，此过程需要通过反复测量迭代，直到满足精度时为止。

在汽车零件测量专用图纸上有一个RPS功能表，规定了RPS点的位置和理论数模中的坐标值，操作人员必须按该表进行测量，才可能建立正确的汽车车身坐标系。图2中汽车零件的RPS功能表如下表所示。

从上表中我们可清楚地看出：H代表该点是一个孔；F代表该点在表面上，RPS1点、RPS2点、RPS3点限定第一基准轴Z，而RPS1点是一个孔，第二基准轴Y由RPS1点和RPS4点限定，最后，RPS1点再限定X轴。

RPS基准点测量方法的几何意义与其他方法的比较

2.1 RPS基准点测量方法的几何意义

RPS基准点测量方法的几何意义在于以三个RPS基准点为球心，以相应的三个偏置距离为半径，作三个圆球，之后再求出这三个圆球的公切平面，作为第一基准轴平面，此过程由测量软件解方程自动完成，不需人工干预，从数学上看，可存在两个可能的公切平面，测量软件会按照偏置距离的正负，作出选择。

明确了这一点, 就可以容易地理解和应用RPS基准点系统方法。

2.2 RPS基准点系统与其他方法的比较：

如果不采用RPS基准点系统方法，还有另外一种方法，即使用检具的测量方法，检具也被称为专用测量工装，检具的表面形状是与相应的被测零件相同的。在美国通用汽车及其配套厂中，就大量采用了这种方法。

检具法是通过对检具(测量工装)的测量，建立起相应的汽车车身坐标系。但检具要由设计人员用CAD

软件专门设计，把汽车零件在汽车车身坐标系的相对位置关系转换到检具上，这样每个汽车零件都可能对应着一个检具。每个检具的设计与制造都需要较多的费用，但检具法也具有优点，其使用方法简单；仅需要测几个平面或孔就可以建立起相应的汽车车身坐标系。

RPS基准点系统方法非常灵活；不依赖于检具，只需要把汽车零件固定在测量机平台上即可，但对测量操作人员的操作技能要求较高。

两种方法的对比在下表中可清楚地反映出来。

1 总结

RPS基准点系统是非常灵活而实用的建立汽车车身坐标系的方法，可减少测量误差；保证产品的精度和质量，满足汽车制造业和模具制造业设计与制造的需要，同时可节省检具(测量工装)制造费用，在汽车制造业和模具制造业中有十分广阔的应用。