Atos藍光掃描技術在輕量化車身覆蓋件模具設計中的應用

柴震　王榮輝　蘇長生

摘 要：簡述藍光掃描系統，針對輕量化車身覆蓋件越來越高的要求，利用Atos藍光掃描技術對試模件和試模完的模具腔體數據測量，完成數據的處理和評估。再根據數據重新曲面重構得到我們理想的模具。最后總結藍光掃描技術對模具設計行業的意義。

關鍵詞：藍光掃描系統 輕量化 試模 曲面重構

1 引言

汽車車身模具是汽車車身生產制造的重要工藝裝備，是整個汽車零部件裝配的載體，模具的優劣直接會影響到汽車的安全、舒適、美觀等指標，是汽車更新換型的制約因素。

近年來，國內很多模具企業開始加大了技術研究的投資力度，將技術進步視為企業發展的重要動力。部分企業也普及了二維CAD，并陸續開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等國際通用軟件，個別廠家還引進了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模具的設計中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，在進步模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻，但與國外先進技術相比，我國汽車模具行業道路仍然需要努力前行。

隨著輕量化車身概念的到來，為了降低車的質量，車身開始采用全鋁車身，鋁板的成型和鋼板有很大區別，鋁合金板料室溫延伸率低、彈性模量小，其車身覆蓋件成形后回彈量大。傳統的型面補償工藝建立在現場技術人員的經驗估計基礎上，可能會出現起皺、拉裂、過度減薄等缺陷，最終需要經過反復修模，為了解決以上精度問題，我們采取非接觸式Atos藍光掃描技術代替傳統檢具，可以很好的進行數據處理和評估。

2 Atos藍光掃描技術

2.1 藍光掃描測量系統

藍光掃描測量系統采用非接觸光學測量原理，通過光柵投影的方式實現點云獲取，搭載機器人、導軌、轉臺等運動機構實現大范圍柔性測量，高密度點云測量，真實還原物體的豐富表面細節。軟件系統可完成從軌跡編程、點云獲取、點云處理到最終報告生成的全自動化流程。藍光掃描測量系統因其效率高、精度高、數據量大、成本低、環境要求低等特點，正逐步替代三坐標系統成為主流的實現零部件乃至整車尺寸測量的工具。應用范圍包括測量間對整車及零部件的測量、焊裝車間分總成的離線測量和沖壓車間模具的測量等。

2.2 藍光掃描測量與傳統掃描測量方法的比較

傳統檢具和三位坐標設備測量具有局限性，一般只針對某一項參數進檢測分析，而且檢測范圍很小，只能對試模件局部孔、面、邊等特征進行檢測。藍光掃描可獲得試模件全域點云大數據，以便于試模件全面分析。綜合分析，藍光掃描測量精度更高、測量速度更快。

2.3 在輕量化車身覆蓋件模具設計中的應用

2.3.1 車身覆蓋件試模件的測量與分析

藍光掃描可獲得試模件全域點云大數據，直接對大數據分析提取到CAD中。由于板料的變形具有連續性，板件各區域之間變形存在關聯性，彼此相互影響，但是某區域進行型面偏差補償時，對關聯區域的影響程度是不同的，故引入強相關區域與弱相關區域以及型面補償系數的概念。在型面補償中，對數以萬計的點云數據按照Ka=I×Δk自動計算該點的型面補償量。其中式中：Ka為型面補償量，I為型面補償系數，Δk為實測的區域回彈最大值。

強相關區域為該區域與零件其他區域關聯程度大，或者處于零件幾個關鍵區域的連接處，該區域的型面補償策略應相當保守，每次型面補償時的型面補償系數應當取較小值。相反，對于弱相關區域，其型面補償策略可以相對激進，型面補償系數可取較大值。然后將型面補償修正數據導入CAD/CAE進行模具型面重構，再依據修正的型面進行CAE有限元模型的二輪迭代優化，依據優化型面進行車間修模試模，不依賴現場技術人員的經驗估計，實現全工序量化設計，控制負責曲面覆蓋件的成形精度。

2.3.2 車身模具的測量與分析

汽車車身覆蓋件生產主要是依靠模具沖壓成形，模具的質量將會直接影響車身覆蓋件的質量。車身覆蓋件模具的設計制造是根據覆蓋件的CAD數模進行加工獲得的。盡管在模具設計的前期會使用各種成形模擬軟件的優化，但是由于制造設備水平問題，實際車身覆蓋件模具在生產制造過程中，會與CAD數模產生一定的差別，這就造成了生產的模具與理想數模并非完全一樣。

利用藍光掃描技術對完成試模的車身模具腔體進行掃描測量，將實際掃描測量的數據與理論上CAD數據之間進行對比，就可以獲得試模過程中修改區域的位置信息。然后根據數據進行曲面重構即可得到理想的狀態的CAD數據，然后將數據保存以便下次模具復制或者試模時可以直接利用，節約漫長的人工試模時間。

2.3.3 綜合分析

無論對試模件測量分析還是對試模后的模具腔體測量分析，都可以根據數據進行曲面重構，解決了模具設計中的各種問題，對汽車車身模具設計起到至關重要的作用。

3 結語

隨著汽車工業的發展，對車身覆蓋件要求越來越高，對車身模具的精度要求也越來越高，Atos藍光掃描技術可以完美的滿足當前汽車工業模具設計的需要，精確測量數據進行處理和評估。該技術將逐步成熟從而取代傳統的測量技術，對車身覆蓋件模具的設計起到了極大的促進作用。

參考文獻：

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