RPS详解.docx

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RPS详解

1.RPS定位系统

图1

RPS起源于大众公司，是德语REFERENZPUCKTSYSTEM的缩写，英文名称为ReferencePointSystem。

通常主定位方式为3-2-1法则，某些零件需要添加辅助定位则为N-2-1法则。

这种系统与以往定位点不同之处在于定位点的一致性上，不采用RPS定位系统时零件和总成的定位往往是单独考虑的，定位点在零件分总成和总成上并不能保证一致，这样的话在公差累积中由于定位点的不同会额外的计入一部分公差从而降低精度。

如下图2所示，对于左边的零件如果在单件时使用绿色的定位点定位，而在焊接分总成时采用红色的定位点定位，那么在两次定位过程中会产生误差。

图2

RPS在GD&T图纸上的表示方法各个公司也有不同，通常情况下针对检具的RPS要区分主辅定位，区分方法可以通过编号，字母大小写，以及图示方法。

下图3是一种对应全局坐标的主辅定位图示。

个人认为图示方法较为系统化和方便辨识。

图3

RPS定位点的具体选择往往由经验丰富的专家负责进行，同时也不是尺寸公差一家之言，而是需要冲压，焊装，总装，尺寸公差，以及产品设计部门共同制定。

这样做的主要目的是为保证定位一致性以及可行性。

可行性是考虑到某些位置也许对于公差累积是有利的但是在产品设计或夹具制造过程中无法实现。

具体选择标准通常是经验考虑，下图4简单列举了几种情况。

一般来说定位孔的选择主要是考虑其在零件上的位置，同时孔轴心尽量与零件平面垂直；定位面尽量选择正向平面，对于重要的定位孔基面及定位面若曲率较大应作出定位凸台；考虑整个零件的尺寸主定位点应尽量分散但不要太靠近边缘，对于中等尺寸零件定位点距边缘的距离应在整个长度的1/6左右。

当然随着冲压和焊接技术的提高，很多原来被认为不适合定位的位置也变得可以用作定位了，总的来说定位点的选择越来越多样化也越来越“随意”。

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2009-7-2917:

03

为了最大限度的减小在汽车制造过程中所产生的系统累积误差，欧洲和北美的很多汽车企业，尤其是德国的汽车企业，都采用了一种叫做参考点系统或者近似参考点系统的理论，以保证汽车在设计、制造和检验过程中采用统一的定位基准。

      参考点系统贯穿产品设计、工装制造、模具调试以及尺寸检验等汽车制造的全过程。

因为我们知道，汽车制造的过程，是一个非常复杂的过程。

简单的说，我们可以把汽车制造过程分解成四大工艺：

冲压、焊装、油漆、总装。

而每一个工艺，又可以分解成若干工序。

那么，就一个车身尺寸问题，我们如何进行分析，如何进行更改，如何进行验证？

我们需要一个可以把这些环节串成一条线的强大的理论作为基础。

我们来举一个实例：

比如说，我们有这样一个车身尺寸问题，左前门和左后门匹配的间隙和平度未达到设计要求。

那末，我们需要做出如下判断：

    这是一个设计问题，还是一个装配问题？

    是零件尺寸本身不合格，还是在装配过程中操作者不熟练，工艺不合理？

    如果是零件尺寸有问题，那么事前门还是后门，还是两个车门都有问题？

    如果是前门有问题，那么是焊接或者压合过程产生的缺陷，还是冲压单件尺寸超差？

    如果是冲压单件有问题，那么是车门外板有问题，还是车门内板有问题或者组成车门的某个零件有问题？

      总之，要回答和分析这些问题，对于现代汽车工业，我们离不开车身尺寸测量。

而如何测量，如何建立零件尺寸测量的坐标系，如何保证测量结果的连续性和关联性，我们需要有一套成熟的、科学的理论。

这种理论必须能够保证测量结果准确，对尺寸检验和尺寸优化具有指导意义，这种理论必须能把设计、制造、检验以及整车制造各个环节的尺寸优化贯穿起来，使得车身尺寸的制造误差降到最低。

RPS的3-2-1原则：

      每个刚性物体在三维空间中皆有六个自由度，其中三个平动自由度，三个转动自由度。

为了明确地确定一个非旋转对称物体的具体位置，必须有所有六个可能的运动方向来对其定位。

而3-2-1原则，很好地解决了这一问题在Z方向上的三个Fz限制了三个自由度，既Z方向上的平动和围绕X、Y轴的转动。

在圆孔中的柱销阻止了在X和Y方向上平行于轴线的平动，而在长孔中的柱销则只能阻碍围绕Z轴的转动。

RPS点应在工艺规划时就开始确定，并且在产品试制阶段开始之前，所有零件的RPS点都应该确定完成。

无论是试制阶段的焊接夹具，还是试制阶段的测量，都应按照RPS点进行设计、制造和测量。

确定RPS的原则：

  RPS点应与装配工艺相适应

  RPS点应设计在尺寸相对稳定的功能区域

  RPS点所在的平面应尽可能覆盖整个零件

  RPS点的确定应具有连续性和关联性

确定RPS的原则：

  RPS点应与装配工艺相适应

      以车门为例，Y方向的参考点，前面的两个参考点设计在上、下铰链位置，后面的一个参考点设计在车门锁位置。

这样RPS点的设置才是有意义的，才有装配工一联系在了一起。

确定RPS的原则：

  RPS点应设计在尺寸相对稳定的功能区域

      比如说RPS点可以设计在定位孔、焊接面、压合面、粘接面或者与装配工艺密切相关的调整面上。

由于RPS点是车身制造和检验的基础，所以RPS点本身的精度要求很高。

我们可以设想一下，如果RPS点本身就存在着很多不确定因素，偏差较大，那么每次我们的测量结果就肯定是变化无常的。

换句话说，测量结果是毫无疑义的。

确定RPS的原则：

  RPS点所在的平面应尽可能覆盖整个零件

      确定零件空间位置的三个Z向RPS点（如图所示），应尽可能的覆盖整个零件。

确定RPS的原则：

  RPS点的确定应具有连续性和关联性

      零件的RPS点无论是在纵向还是在横向都应具有连续性和关联性。

如下图1所示：

前后车门Y方向的主要RPS点，应具有关联性。

相反，如果RPS点的分布如图2所示，车门在调整和测量过程中就会遇到很大的问题。

对于一个焊接总成的RPS点来说，组成这个焊接总成的所有零件应尽可能的沿用这个焊接总成的RPS点。

例如，下面这个焊接总成共有5个零件组成。

其中，RPS1-RPS4是组成这个焊接总成的最大零件的4个RPS点，同时也是着焊接总成的RPS点。

而组成这个焊接总成的其他4个零件也应沿用其中1个或多个RPS点。

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。

1RPS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。

2RPS基准点测量方法的几何意义与其他方法的比较

2.1RPS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。

3  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。

本文阐述了汽车饰件在三坐标测量中依据基准点系统建立车身坐标系，以符合各大汽车厂商对零部件测量的要求。

1引言

　　随着汽车开发技术的不断提高，各大汽车厂商纷纷引入汽车基准点系统，如：

大众公司的“RPS”基准系统，通用公司GD&T图纸中的“Datums”也描述了产品的定位基准点，两者的目的基本一致，使汽车零件在设计－开发－装配－总装－测量所有部门都采用统一的基准点定位系统，减少总成及零部件因基准不协调而产生的偏差，以改善生产过程的稳定性[1]。

所以汽车零件的测量也应紧紧按照基准点系统建立测量坐标系，才能真正体现零件在装车状态下与车身或其它零件的定位与匹配情况。

　　2问题的提出

　　我公司生产汽车饰件，对汽车饰件的测量我们一般采用将零件与三维数模的比较测量，许多汽车饰件没有可供三坐标建立其整车坐标系的特征元素，如：

平面、直线、孔等，如何使测量坐标系准确地转换到车身坐标系，这是三坐标测量的关键，这将直接影响到测量的结果。

　　3建立测量坐标系的方法

　　3.1方法简介

　　我们一般采用两种方法。

一是设计制造专门的测量工装，将“RPS”点或“Datums”点作为零件的支撑定位点，即按照装车状态将零件固定于测量工装上，在测量工装的地板平面设置测量基准，以实现与汽车坐标系联系起来。

这种方法对于体积大、材质软、易变形的零件是必须的，如：

保险杠、门内饰板。

这种方法对测量工装的设计制造要求很高，既要考虑测量工装的精度和安装的合理性，还要进行MSA的分析。

另一种方法是直接在零件上将“RPS”点或“Datums”点转换为测量基准，这种方法适合于不变形的零件测量，可以省去设计制造测量工装的费用，降低测量成本，但在测量技巧上要求较高，因为汽车饰件的种类很多，要理解分析产品的三维数模（Mathdata），产品图中的RPS表（德国大众标准）或GD&T图纸中的Datums表（美国通用标准）或其它类似的基准信息，应用三坐标测量软件将基准点转换到车身坐标系。

以下着重介绍第二种方法。

　　3.2坐标系的转换

　　我们先简单介绍一下汽车的基准点系统。

和任何一个物体在三维空间中占用六个自由度一样，汽车零部件在汽车总坐标系中的明确放置必须约束六个自由度，在实际操作中可采用3－2－1的法则，它规定了支撑位置的分配[1]：

　　Z方向3个支撑位（约束Z平动，X旋转和Y旋转）；

　　Y方向2个支撑位（约束X平动和Y平动）；

　　X方向1个支撑点（约束Z旋转）。

　　我公司使用的三坐标测量软件是法国的“PreludeINSPECTION”，在国内是第一家使用，通过研究积累了一些汽车饰件的测量经验。

　　以下举一个风管的例子，介绍如何利用基准点系统来建立测量基准。

风管的基准点系统见图1。

图1

　　步骤：

（1）分析零件的RPS基准系统

　　RPS1为特征孔，RPS2、RPS3、RPS4为非特征点，它们都是该零件的支撑位，我们按照3－2－1法则分析，Z方向的3个支撑点是孔（RPS1）、曲面点（RPS2Fz）、曲面点（RPS3Fz），X方向的支撑点是孔（RPS1）、曲面点（RPS4Fx），Y方向的支撑点是孔（RPS1），零件的6个自由度得到了约束。

（2）建立基准[2]

　　根据上述条件，我们先建立三坐标测量的第一基准，可以编制一个测量程序，将该零件的孔（RPS1）设为固定点，将RPS2Fz、RPS3Fz、RPS4Fz设在一个曲面里，根据RPS1、RPS2、RPS3Z向理论值设置假想平面PLAN1，通过旋转定为Z轴，根据RPS1、RPS4的X的理论值设置假想线LIN，旋转定为Y轴，RPS1的理论值X、Y、Z设置为原点。

　　（3）测量

　　手动测量这些RPS点在零件上的大致位置，让计算机找到手动采点与真实点之间的偏差，若存在偏差较大，可按计算机显示的偏差进行手动修正测量，若偏差较小，计算机就会默认通过。

　　（4）拟合

　　在第一基准的基础上设立第二基准，用best－fit对RPS2Fz、RPS3Fz、RPS4Fz点进行拟合，让三坐标测量机自动去测量，检查测量偏差，在第二基准的基础上用上述方法再设立第三基准...，依次类推，我们可以进行多次拟合，建立多次基准，观察拟合结果，每次拟合后偏差会逐渐减少直至趋于一致。

若一个零件在制造过程中比较稳定的话，通过3～5次的best-fit，测量结果中反映出一组RPS的最终拟合偏差小于零件本身公差带的十分之一以下，反之说明零件在制造中已发生了变形。

风管的公差为±0.5mm，即RPS的最后拟合结果≤0.1mm即可。

图2是风管RPS的拟合结果。

图2

　　备注：

图2中FS_1表示第一次拟合的结果，FS_2表示第二次拟合的结果...FS_5表示第五次拟合的结果，POS_1表示孔（RPS1）的位置度偏差。

　　图中显示：

该零件的第一次拟合至第三次拟合的偏差在逐步减少，第三次拟合至第五次拟合的偏差在很小的范围内波动，以趋于稳定，验证孔（RPS1）的偏差仍为零，所以整个测量基准已和RPS测量基准系统吻合了。

　　（5）结果分析

　　通过测量发现，当零件通过基准点系统定位，定位点拟合至偏差很小时，其它匹配点的测量结果也趋于一致，如图3所示。

图3

　　备注：

图3中FS_01表示第一次拟合的测量结果，FS_02表示第二次拟合的测量结果，FS_05表示第五次拟合的测量结果。

图中显示，第三次拟合至第五次拟合的测量结果趋于一致。

　　我们也做过重复性试验，所得的最终测量结果也趋于一致。

这说明我们采用的上述方法建立零件的测量坐标系是完全正确的。

只有这样，才能真正体现零件在装车状态下与车身或其它零件的定位与匹配情况。

　　4总结

　　汽车饰件的种类非常多，在车身上定位的方式也各不相同，我们在日常测量中经常采用直接在零件上定位的方法，根据不同的零件各自的特点，结合基准点系统以建立和车身坐标相联系的测量参考系，如：

　　以六个曲面点支撑的零件，两个定位的孔或销和一个曲面点支撑的零件，三个定位孔或销定位的零件，都可采用上述方法建

一、RPS基准点的设置步骤 

1、判定零件特性，了解零件的各方面功能的要求； 

2、选取零件主要特性需求，并结合功能尺寸要求，设定关键控制要素； 

3、按照N-2-1原则确定零件的基准孔、基准面 

4、从组装角度判定基准孔、基准面的可实现性 

5、从加工角度判定基准孔、基准面可否满足功能尺寸的精度要求 

6、基准的继承性考虑，包括基准面的位置一致 

二、RPS基准点的设置顺序 

1、根据车身总成的功能尺寸需要（DTS）确定车身各装配件的装配流程 

2、制定出车身骨架及各装配总成的RPS 

3、将车身骨架按照焊接装配关系（工序流程图）逐层进行分解 

4、根据加工特性（点焊、熔焊、包边、粘结、装配等）逐级制定RPS 

5、当下级总成RPS点无法继承及实现时，返回上一级乃至更高级总成修订RPS，直至所有单件的RPS的实现 

6、根据加工特性（冲裁、辊压、注塑等）判断所有单件RPS基准点的精度能否实现

二、

最近在作一部整车白身车的RPS，总结了一下经验，请大家指点一下:

1.对于单个零件，主副RPS点选择两个圆孔或一个圆孔（RPS1）和一个腰形孔（RPS2）。

距离占总长的2/3左右，孔所在的面最好与坐标平行，如不平行，角度也要尽可能的小。

同时要考虑零件与零件焊好，总成的定位，即总成的定位孔所在的面也要平行。

如零件上只有螺母孔，应该见议设计人员加上定位孔，定位孔所用销比定位孔径小0.2，螺母孔所用的销比螺母孔小0.3，误差大0.1，并且螺母牙易磨损，会影响后序的装配。

原则是再小的零件，也要尽可能的加上定位孔。

因为钣金件易变形，选完夹持点后，要选择防止变形的夹持点与支撑点，原则是300mm距离左右一个点。

单个零件能用定位孔定位尽量不用随形定位。

2.对于总成，主副定位孔尽量在总成的两个件上选，尽量分布在总成的对角线上，占总长的2/3左右，尽量不要选用过孔（过孔精度要求不高），尽量选择承受力的部件上的关键孔，比如地板上的副车架的安装孔与车架安装的悬置孔等。

夹持点与支承点尽量与零件上的统一（相同或在面的法线上相同）。

定位误差尽量小。

3.在选择零件与总成的RPS点时，要充分考虑焊点的布置空间，与焊点要交错开，不要干涉;同时要考虑夹具机构的布置空间，以便设计夹具。

1.格式还可以：

描述了支撑点/压紧顺序/被测要素和公差 

2.内容不怎么样：

-只定一个方向的孔：

定位的方向不对 

2.

错误1：

h2方向错误，不可能是那样竖着地，要横过来 

错误2：

S5放在那么小的面上如何做基准 

错误3：

乍一看，你已经满足3-2-1的原则，但实际上被错误掩盖了，S6应该也是一个y向基准面 

s1、s2有点多余

1．通篇都是尺寸公差，没有几何公差，可是在基准孔又有个位置的尺寸公差正负0.2，如何理解呢。

难道是从坐标线引出的尺寸的公差，这可不是3-2-1的原则阿。

2．H1和h1在x方向上应该一致，x，z方向的数字要圆整。

3．s1到s6都应是y向的基准。

可是没有这几个基准面的公差呀。

基准也要有公差的呀。

难道是一般公差？

在白车身的鈑金上，总是要设计很多孔位，来固定车身附件，车身上焊接螺母和焊接螺栓用的非常普遍，下面我来总结一下焊接螺母螺栓设计时候过孔的一点自己的经验，希望能够抛砖引玉，大家都参与讨论 

如上图所示， 

1）我们的设计经验值焊接螺母开孔直径比螺母规格直径大1MM,比如图中所示，M8的焊接螺母，钣金1上开孔直径是Φ9； 

2）两层板以上，每层板再加大一个毫米，如钣金2用Φ10，钣金3用Φ11的过孔 

3）焊接螺栓的开孔直径比螺栓规格直径大0.5MM，比如M8X12的焊接螺栓，钣金上开孔直径是Φ8.5，这个开孔与螺栓的长度无关。

4）过孔逐渐开大一点主要是保证在焊接误差存在的情况下，保证螺栓和螺母能够正常装配，但是太大了就可能造成更大的装配误差 

我们公司一般是对于直径为10mm以下的凸焊螺母,钣金上孔为螺母直径+1mm,对于大于等于10mm螺母,钣金孔为螺母直径+2mm,第二、三层钣金孔直径一般大于第一层钣金2mm递加； 

对于凸焊螺栓，一般为大于螺栓直径0.5mm，二、三层钣金孔分别都一1mm递增。

以上不一定十分合理，根据各自公司的工艺水平相关，大家指教。

个人认为目前基本都是3D数据，数模上可以测量到的尺寸，在2DDRAWING没有必要反映，例如孔的大小等。

2Ddrawing上反映的信息包括：

1、MLP信息，也就是定位控制孔的大小尺寸、公差及坐标； 

2、孔的功能表达 

3、主要配合安装面的表示 

4、焊接信息表达，焊接层数，焊点位置表达； 

5、型面公差 

6、切边公差 

7、总成和分总成还要注明焊接、包边等公差 

8、还有虚拟件的位置也要标准 

等等，当然各个公司对2D格式都不太一样。

主要看各个公司3D数模上哪些信息已经反映了，就不需在2D上表达。

据了解，韩国公司3D数模上定位信息、功能孔表达，配合型面都表达很清楚，所以2D图纸信息就很简单。