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基于反求技术的汽车钢圈轮辐质量检测
http://www.diamondswheel.com 发布时间:2014年12月15日 阅读:2725

微型汽车钢圈作为微型汽车零部件中的重要组成部分,起着固定汽车车轮的作用。目前微型汽车钢圈行业的竞争与日俱增,因此如何在生产中应用先进科学技术,提高自身产品质量与核心竞争力是汽车钢圈企业亟待解决的问题。

由于钢圈轮辐的结构复杂,工艺多,往往会造成相应的制造质量缺陷。以某小型钢圈轮辐为研究对象,通过反求及质量比对的方法找出由于制造原因引起的钢圈轮辐厚度减薄量及相关偏差位置,并在此基础上完成修模等制造工艺的优化,研究流程如图1所示。

 

2轮辐点云的采集与处理

数据采集是逆向工程的首要步骤,它利用数字化测量仪器对零件或实体模型进行测量,使其转化为大量的点云数据。采用关节臂式测量机配以激光测头进行扫描,既方便采集微型汽车钢圈轮辐的复杂曲面点云数据又不破坏其测量表面。采集之初,根据钢圈轮辐的基本特点设置表1所示的测量参数。设置完毕后,为保证数据的准确性,先清洁微型汽车钢圈轮辐需要测量的表面。然后启动采集程序开始点云数据的采集,数据采集遵循的原则:曲率变化较大的面需加大采集密度,曲面较为平缓的地方可以采集稀疏些。

微型汽车钢圈包含较多的特征,轮辋、轮辐等包含曲面、倒圆角、圆孔、螺钉孔等,根据这些特征,可以针对像轮辐等较平缓部分采取较快、环绕扫描的方案,对于微型汽车钢圈的边界部分、轮辋与轮辐的焊接部分采取沿曲率方向的反复、缓慢扫描的方案,从而保证后续质量对比的可靠性。

测得所有数据后,手动删除由于误扫描或是操作不当出现的非半桥壳数据,以*.xyz的格式保存,以便后续Geomagicstudio软件的数据处理,导入Geomagicstudio软件中的采集点云数据。为提高点云数据的处理效率,对同一位置的多点实行手动注册或全局注册点云命令,合并点云对象。

数据处理完毕后钢圈轮辐的点云数据是以点坐标的形式存在的,各点之间尚未建立一定的特征关系,为了获得钢圈轮辐的实体模型,对点云特征的法线进行手动修复,并在修复的特征法线的基础上对点云数据建立中心对称面等。待全部处理完毕后,对点云数据进行封装,以三角形网格的形式拟合模型表面2-41。

根据曲率采样的结果计算分析模型空洞部分的曲率,并根据曲率手动实施填充孔的操作,使模型完整。对于平面上的孔、自相交、尖状物等缺陷运用网格医生进行识别,并加以修补。最后,将所有的三角形网格粘结起来,计算各部分曲率并制作成流形后,以.stl格式保存,具体操作步骤如图2所示,按上述步骤处理后的钢圈轮辐模型如图3所示。

3钢圈轮辐质量比对

3.1模型拟合对齐

为了获得偏差位置及偏差量,运用GeomagicQualify软件对钢圈轮辐三维模型和反求实物模型进行质量比对。质量比对之初将反求的模型与实际设计的模型一起导入软件中,并运用点线面方式对其进行预拟合,然后运用最佳拟合方法对其进行精细级配对。

轮辐是具有明显特征的结构件,使用“基准/特征对齐”方式对模型进行坐标对齐。轮辐的中心圆孔和4个螺钉孔这两类特征比较具有代表性,而且与其他零件有装配关系,所以可以在这两处创建基准和特征用于对齐,最后对二者实行最佳拟合操作,拟合后模型如图4所示。

3.2比对分析

比对检测就是检测质量是否合格,前面所有操作都是为检测分析而准备的,其目的是得到一个更能反映零件实际情况的结果,主要包括以下2项:

(1)三维分析。通过三维比较,生成彩色的偏差图,结果显示为三维模型或点云上的整体颜色偏差,编辑偏差色谱,通过或是不通过分析,偏差和文本标注,对预定义的位置设置检测等。

(2)二维分析。可以对模型的指定截面进行质量分析,进行尺寸标注或生成颜色偏差图。

3.2.1三维分析

通过GeomagicQualify软件完成三维比对生成实体扫描三维模型和设计三维模型之间的颜色偏差图。因为造成钢圈失效的位置位于螺栓装配的曲面和旁边凸台处,在这2个位置创建注释,来进一步了解这2个位置的偏差,创建注释后的颜色偏差图如图5所示。

对6个同一批的钢圈轮辐进行相关比对分析研究,通过对6个创建注释后的三维比对颜色偏差图分析,在螺栓装配的曲面和旁边凸台等位置,装配曲面的偏差均值在0.200~0.213mm,凸台位置的偏差均值在0.357~0.399mm,其余位置的偏差均值在0.107~0.129mm。

3.2.2二维分析

通过三维比对可以看出偏差的大体情况,为了更深入地分析局部位置的形位偏差,需要运用二维剖面的方法把模型剖开,这样才能看到偏差具体位置和偏差趋势5-91。

由于在螺栓装配的曲面和旁边凸台等中心位置较设计模型存在一定的形位偏差,着重从这2个位置的截面判断具体的偏差趋势。在图6所示以螺栓装配孔与轮辐中心孔构建截面(剖切平面1)可获得如图7所示的二维云图。在图8所示以凸台的对称位置与轮辐的中心孔构建截面(剖切平面2)可获得如图9所示的二维云图。

通过多个钢圈轮辐比对的结果分析,按剖切平面1截取与按剖切平面2截取后所对应的二维图分析来看,多个钢圈轮辐在螺栓装配的曲面和旁边凸台等中心位置实体扫描模型较设计模型出现向内翘曲的现象。

(7)标准件装入模具后易发生干涉。

(8)标准机构上安装凸模固定座在回程时容易与驱动器干涉。

(9)盖板、导柱和导套等上面的安装螺钉与模具零件干涉。

(10)活动零件上的起吊螺钉,在做干涉检查时最好不要删掉,否则有可能在回程状态下起吊螺钉安装不上。

(11)干涉检查过程中还能检查出其他问题,例如压板槽是否与模具零件配合,加工基准孔与键槽、机床中心线是否在一条直线,镶件定位是否合理,导板、导柱的进入顺序,凹模套的安装等问题,便于完善整副模具。

5结束语

从各种检查干涉的方法可以看出,CATIA、UG自身虽然有检查干涉问题的一些功能,但针对汽车冲模这种数据量较大的运算仍存在一定的难度,利用SAM软件就较为轻松地动态模拟出模具中各零件的运动情况,查出干涉问题,并且耗时不多。另外通过对各种模具零件之间干涉类型的分析,会让模具设计人员更加注意干涉问题,以提前预判并避免类似干涉现象在设计过程中出现,提升模具设计水平。钳工也可根据不同的干涉类型分析现场模具可能出现干涉的位置并及时作出相应的处理方案,提高模具设计及制造效率。

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