在整个近代历史中，全球共发生了三次工业革命，所有的迹象都表明第四次工业革命即将到来。每一次革命都伴随着生产力和生产效率的大幅提升以及相应的生产成本的降低。如今，生产实践正向着利用智能产品和影响深远的互联网“云端”所控制的“信息物理”生产系统所演变。

在汽车工业的质量控制方面，“智能工厂”革命使制造商的测量需求发生了改变。在新的制造环境下，传统工厂及其常用的测量方法变得不再尽如人意。恒温型测量实验室逐渐被能够快速评估和迅速采取纠正措施的线上检测系统所取代。单一用途的测量工具和模板型生产力工具(例如检具)正在被慢慢淘汰。取而代之的是能够满足多种应用需求并适用于设备对设备协作、基于云端的数字化检测和数字化工程流程的新测量设备。

三维坐标技术在新汽车制造环境中的角色

对于汽车制造这样一个每天开展大量检测工作的行业来说，三维坐标测量是其工作中必不可少的技术。下面是这项技术在新制造环境中帮助改进汽车生产的一些方法：

1. 线上检测

由于市场需求的不断变化，多年以来汽车工业的测量需求也在发生改变。制造商过去依靠固定式坐标测量设备(CMMs)来进行检验。尽管精度较高，但该设备的一个最大缺点是无法在温度不稳定的环境中(例如车间)提供精确的结果。

为了满足汽车制造商的成本控制需求，测量技术供应商开始开发能够实现效率最大化的设备，使制造商无需花费时间和精力将部件运往测量室并运回，由此，便携式CMM也就应运而生。这是一种稳健的测量设备，即便在苛刻的车间条件下，也能提供高精度的测量读数。本质上，检测正在越来越靠近生产线，更能够满足制造商在生产线上完成部件测量的需求。

2. 生产件批准程序(PPAP)

三维坐标技术提供的数字化数据对于采用生产件批准程序(PPAP)的制造商来说非常有用。不管部件供应商处在供应链上的哪一层，PPAP行业标准要求其输出的每个项目都符合客户所要求的设计规格。这样能保证汽车制造商对部件供应商及其生产流程完全放心。

在如今的汽车行业，三维坐标技术对汽车工业实施PPAP起到了推动作用。利用三维测量设备获取测量结果的快速性和一致性，能够让供应商和制造商明确而轻松地沟通其要求和结果。

3. 设备对设备(M2M)协作

在设备与设备相互联结的智能化工厂环境中，精确性和自动化检测是制造商提高效率的关键因素。具有这类测量能力的三维测量设备的出现使M2M协作成为了现实。

4. 高度灵活的大规模生产

非标准汽车部件市场需求的变化意味着制造商必须拥有高度灵活的生产系统。为应对不同的需求，制造商寻找适合多种应用和不同部件体积的多功能工具，以便以最低的成本满足尽可能多的需求。

5. 数字化工程

随着这种工程学科的出现，制造商得以改进和开发自己的生产流程并获得更佳的精度和一致性。三维坐标技术的发展，尤其是点云解决方案，使这一趋势进一步扩大。

6. 大数据、云计算

云计算和大数据分析的日益普及也促进了新制造前景的改变。基于云端的三维坐标应用程序实现了数据的一致性和完整性，使随时随地的资源(例如软件信息)共享成为可能。

便携式三维坐标测量系统的不同类型

测量臂类似于人的手臂。每个关节都安装有能够计算探头在三维空间中的精确位置的编码器。

测量臂类似于人的手臂。每个关节都安装有能够计算探头在三维空间中的精确位置的编码器

便携式三维坐标技术具有多种应用形式，包括点对点接触式测量仪(例如关节臂和激光跟踪仪)、非接触式激光扫描仪和三维成像仪。基本上，这些设备在具有坐标测量仪优点的同时，还具有更佳的便携性，能够让用户部署在所需要的任何地方。除了比固定式坐标测量仪的成本更低以外，便携式坐标测量仪无需对环境实施控制，提高了操作和维护的便携性。

§ 点对点接触式测量仪

测量臂是市场上最常用的便携式CMM设备。测量臂配备多个自由关节，能够测量和记录测头在三维空间中的准确位置并通过软件报告结果。设备外形上类似于肩膀、肘、前臂和手腕连在一起的人类手臂，关节臂的名字就是由此得来的。测量臂的每个关节都安装有专利所有的被称为“编码器”的玻璃圆盘，当测量臂在其工作空间内自由移动时，这些编码器能够计算探头的位置。

与先前的产品相比，
FARO^®Laser Tracker
Vantage 的尺寸减小了25%，重量减轻了
28%

关节臂通常分为六轴旋转型或七轴旋转型，提高用户测量的灵活性。在FARO，关节臂拥有不同的量程(1.2米-3.7米)，能够适应不同的测量范围要求。测量臂臂长越短，测量结果就越精确。

能够提供高达23微米(0.023毫米)的超高精度并且重量仅为10公斤(视型号而定)，

FaroArm®产品系列集准确性、高精度和便携性于一身，设备能轻松地搬运并部署在生产现场，并且单人就能够进行操作。

除了关节臂外，另一种接触式测量的设备是激光跟踪仪。激光跟踪仪针对较大体积的测量对象，能够在较长的测量距离内提供极为精确的测量结果。

与先前的产品相比，FARO® Laser Tracker Vantage 的尺寸减小了25%，重量减轻了28% 。

激光跟踪仪通过每次测量的水平角度，垂直角度和一个距离数据，就可以精确地确定三维空间里任意一点的精确位置。测量时，只需要让靶球接触被测物体，激光跟踪仪向靶球发出一束激光束，靶球接受到激光并将激光束反射回激光跟踪仪。激光跟踪仪利用干涉测量法或相移分析法确定到靶标的距离。

激光跟踪仪的水平角度和垂直角度通过主机上安装的精密角度编码器来测量。通过两个角度和一个距离，激光跟踪仪可以精准地测量靶球的坐标位置。另外激光跟踪仪能够实现动态测量的功能，这种独特的功能，再加上激光跟踪仪速率高达16,000次/秒的内部取样点能力，能够让用户以数字化的方式记录复杂表面的数据和测量物体的位置移动。

近年来，激光跟踪仪的测量范围和精度获得了大幅提升。例如，FARO® Laser Tracker Vantage激光跟踪仪的测量半径为80米，在这一距离上，其获取的数据标准精度高达39微米(0.039毫米)。Vantage的重量不足18公斤，无论被测工件位于工厂何处，Vantage都能便携而多功能地满足大型部件的测量需求。只需更少的设备移动和更短的测量流程，就可以获取更多的测量数据，由此提高了生产制造的速度和效率。

§ FARO® AMP 3D Imager 能够用于自动测量检查。

安装有激光扫描仪的关节臂。

非接触式激光扫描仪

作为一种拓展功能，激光测头可以被安装在关节臂上，来提供非接触式扫描功能。这是采集点云的最理想的方法，可用来完成检测和逆向工程等任务。非接触式扫描适用于应避免使用接触探头的易碎物体，这种方法能够快速地获取部件的完整表面模型。

激光扫描臂将激光束投射到要检测的部件上，部件将激光束反射回扫描仪并由摄像头进行捕捉。利用标准三角测量法，从而确定和记录三维位置。通过使激光束移过整个表面，探头可捕捉三维形态，以便作进一步处理。

安装有激光扫描仪的关节臂

§ 3D Imager三维成像仪

3D imager旨在提供一种便携式解决方案，它是一种高性能、高精度的非接触式测量系统，可在几秒内捕捉到多达四百万个离散点的表面数据。该设备利用光投影技术和摄像头来真实地再现位于其视场(约0.5米 x 0.375米)内的任何部件。对于较大的部件，可以增加参照点，以便在需要时将不同的点云数据集整合在一起。

三维坐标技术的在汽车行业的应用

以上提到的每一款三维坐标测量设备都满足了不同的需求，下面是某些汽车制造商在研发、线上检测以及大型部件检测时使用FARO解决方案的真实案例。

FARO^®AMP 3D Imager 能够用于自动测量检查

1. 研发

2013汽车电子工程展上亮相的OVEC-ONE。

发动机舱内合理布局着为电动汽车提供动力的所有设备

作为批量生产电动汽车(EV)的全球领军企业，三菱汽车公司在日本冈山设有一个生产基地，与汽车有关的许多其他公司也选择在此落户。冈山新一代电动汽车工程中心成立于2011年，是一个由该县的16家公司组成的网络系统，其目的是应对日益变化的汽车工业市场。OVEC旨在研发新一代电动汽车，配备有行业公认的最新生产系统。自成立以来，OVEC在2013汽车电子工程展上推出了被称为OVEC-ONE的原型汽车。

OVEC-ONE的开发基于三菱的Galant Fortis车型。为了将其改造成电动汽车，不需要的部件(例如汽车发动机)必须被去除并使用其他部件来替代(例如逆变器、电瓶、压缩机、加热器等)。所面临的挑战是在有限的可用空间内布置这10种不同尺寸和形状的新部件。

为确保将所有设备安装在发动机舱的空间内，该团队利用FaroArm®的非接触式测量功能来获取每个部件的三维数据。利用这些三维CAD数据，该团队虚拟化确定了布局并确保这些部件之间不会相互干扰。

当被问及设备布局的设计流程时，OVEC协调专员 Shiro Aikawa先生说：“由于部件的形状和尺寸差别非常大，因此需要对各种部件进行三维测量。对于许多部件来说，很难使用卡尺或卷尺进行测量。FaroArm能够让我们在很短的时间内高效地完成发动机舱的布局设计。”事实上，这辆电动汽车的发动机舱内设备的逻辑布局赢得了汽车业界人士的一致称赞。

2. 线上检测

一汽-大众汽车有限公司成立于1991年，是一汽集团公司和大众汽车集团在中国成立的合资公司。在中国的成都工厂，一汽大众专门生产和装配捷达和速腾车型。传送系统是装配线上用来输送所有汽车的大型部件之一。该系统如果出现任何故障，都会极大地影响工厂内的所有其他部门，因此，为了确保每个工厂都达到最佳的工作状态，该公司实施了许多流程来尽量减少其车间的停工时间。

一汽大众利用架空传送机在工厂内移动车辆，因此必须定期对该设备进行检测和校准检查来确保其最佳性能。需要检测的重点部位包括吊架支撑结构的固定点、传送台车上相应的固定点以及工件和中轴之间的相对距离。这些测量结果的性质各不相同，并且长度范围从2-4米不等。

使用FaroArm®对传送台车的中轴进行校准检查

过去，技术人员依靠手工工具(例如卷尺、千分尺和水平仪)来完成这项工作。然而，这些传统方法在很多方面都不理想。“首先，手工工具所达到的精确度比较低” 装配车间维护部门的Zhou Tingzhi先生告诉我们。“有时，复杂的测量需要多道工序，这会导致较大的误差范围。另外，手工测量和计算还让我们花费较长的时间。”

现在，该公司在紧靠装配线的维护平台上部署了一台12英尺的FaroArm®。无论生产线何时出现小故障，该团队都能在问题变得更严重之前，使用该设备来精确地查明故障所在。从那时起，一汽大众对制造系统进行的检测和校准检查变得更加精确和简单。反过来，该设备使工厂实现了最佳运行。Zhou先生透露：“现在，只需要使用一种工具就能完成设备校准和检具检测。利用 FaroArm，我们能够完成体积尺寸达到4米、精确度达到0.02毫米的测量任务。通过使用FARO的测量设备，我们已经消除了可能造成的人为误差并极大地提高了精确度。”

3. Komatsu茨城工厂开发和生产大型自卸车和轮式装载机。

大型部件的检测检查

Komatsu是一家采矿和建筑设备制造商，在其位于日本的茨城工厂中开发和生产大型自卸车和轮式装载机。茨城工厂质量保证(QA)部门所面临的主要挑战之一是大型部件的检测。由于茨城工厂制造的是大型建筑机械，即便需要处理的是部件，体积也很巨大。单是一根机架就超过2米是很常见的，这使得检测过程既耗费人力又耗费时间。

重要的是，当依靠手工工具(例如尺子、铅锤)和测绘缩放仪检验测量结果时，质量保护团队面临着许多与精确性和重复性有关的问题。不仅如此，Komatsu还发现，对合作公司提供的部件进行质量管理也充满挑战。每当一个大型部件在到达茨城工厂后被认定为有缺陷时，就不得不退回返工，这不但会延误最终交货而且会增加额外的运输费用。

利用FARO® Laser Tracker

Vantage，可以直接在车间获取精确的测量结果。

在其他Komatsu工厂的同事建议下，质量保证部检测科的Yoshioh Nihei先生果断地购入了FARO® Laser Tracker Vantage激光跟踪仪。自从使用该设备以来，该团队将机架的测量时间从一天半缩短为一天，而且还能测量部件的复杂特征(例如安装孔)。

在Vantage激光跟踪仪给Komatsu带来的所有收益中，最令茨城工厂团队欣赏的是它的便携性，因为他们能够在合作公司的生产现场直接进行测量。通过在有缺陷的部件进入制造流程之前及早地查明问题所在，该团队节省下了返工所花费的额外成本和时间。这还使该公司缩短了生产和交付时间。组件检测中心(Komatsu茨城工厂QA部门检测科)负责人Manabu Kobori先生表示赞同道：“当我们拜访合作公司并使用Vantage进行现场测量时，我们能够以一致的方式管理从生产到质量保证的整个流程，从而提高了我们的产品质量。”

关于FARO

FARO 是一家全球性科技公司，主要从事计算机辅助测量设备和软件的开发和销售。FARO便携式测量设备可在生产和质量监控过程中进行高精度的三维测量，以及零部件和复合构造的比对。公司设备广泛应用于检测、成像、逆向工程、生产规划、库存和竣工文件、现场勘测以及事故现场或犯罪现场的调查和重建。

在 FARO 的支持下，法如的客户无需担忧其三维测量和文件归档的需求。作为便携式计算机辅助测量的先驱和市场领导者，FARO持续不断地应用最前沿的科学技术，使其处于行业领先地位的产品更精确、可靠且便于使用。并致力于通过FARO测量设备简化客户工作，使客户能够大幅减少现场测量时间并降低总成本。

法如已在全球安装了超过30,000台设备，拥有超过15,000个客户。公司全球总部位于佛罗里达州玛丽湖，欧洲总部位于德国斯图加特，亚太区总部位于新加坡。FARO 在日本、中国、印度、韩国、泰国、马来西亚、越南、加拿大、墨西哥、英国、法国、西班牙、意大利、波兰以及荷兰均设有分支机构。