代替常規(guī)檢查工具的虛擬成型仿真分析方法研究

本文以汽車白車身鈑金零件為研究對象。零件由3D掃描設備掃描并由軟件處理，以形成虛擬點云仿真模型。將結果導入數字模型，比較零件的原始數字仿真模型，并分析仿真成型。輸出最終檢驗報告以替代常規(guī)檢驗工具。它不僅可以降低檢測工具的制造成本和周期，而且可以識別不易檢測的數據點，為快速重新檢測提供了可行的方法和途徑。

1.非接觸檢測應用程序。常規(guī)汽車包括四個部分：白車身，底盤，電子設備和發(fā)動機。白車身是車身結構部件和覆蓋部件的焊接組件，是涂裝前的車身。與鑄造和鍛造加工后的零件相比，金屬沖壓零件的邊緣尺寸更難控制。在沖壓過程中，應在此基礎上盡可能提高整體合格率。當尺寸合格率達到85％以上時，可以達到整體合格率。將工作匹配到焊接中。在焊接過程中，多個零件的“匹配”過程中存在間隙，干擾和其他問題。但是，此時一些高強度鋼板的關鍵部件已經達到或接近極限-質量，成本和周期之間的平衡。此時，一些沖壓零件需要進行調整以達到公差，但組裝焊接的結果超過95％。這個總體過程是“質量孵化”，最終的尺寸調整是“尺寸孵化”工作。該階段包括兩部分：“ PCF-Part CoordinateFixture”白車身子組件匹配檢查夾具和UCF-UnitCoordinate Fixture內部和外部裝飾功能“ Matching夾具”，本文的重點來自PCF-Part CoordinateFixture [1 ]。該尺寸育種工作由專業(yè)部門負責，該部門不僅負責白車身PCF的工藝尺寸育種，而且還負責最終裝配體內部和外部的尺寸育種工作。 （例如儀表板，照明燈，門內面板等）-UCF這是因為內部和外部部件也都安裝在白色主體上，這是一個連續(xù)的過程。PCF對UCF具有決定性的影響。

常規(guī)尺寸育種工作是借助檢查工具進行的。本文提到的“非接觸式測量”可以有效地幫助提高選育過程中問題的分析效率，這比常規(guī)的檢查工具更加直觀。2.非接觸式檢查與常規(guī)檢查工具檢查不同。零件的檢查過程很簡單，可以理解為測量零件實際尺寸與零件設計數據之間的差距。隨著現代研發(fā)和設計技術的提高，行業(yè)產品開發(fā)采用“ 3D仿真模型” 3D設計檢具設計，然后將其轉換為2D圖紙。本文討論的鏈接基于產品圖紙，首先根據工藝要求設計“ GDT-GeomertryDimension＆Tolerance圖紙”，準備測量點設計文檔，然后根據GDT圖紙同時準備“ Product Tender Document”，最后使用“產品招標文件》中的生產檢驗工具，標準化的檢驗方法和檢驗產品質量。在質量育種和尺寸育種過程中，零件的實際尺寸由檢查工具測量。這要求“ GDT”工程圖必須首先確定參考點，然后設計檢查點，并觀察這些檢查點與已開發(fā)的設計圖之間的差異。并在表格檢查數據表中記錄差異，“合格率=達到合格尺寸的檢查點/檢查點總數”。顯然，在此過程中需要完成五個任務：“設計GDT圖紙，準備“招標文件”，招標和制造檢查工具，手動測試以及輸入數據表?！笔褂梅墙佑|式光學掃描檢測，輸出為虛擬點云零件的狀態(tài)。與檢查工具形成的數據表相比，表面的實際形狀更直觀地反映出來，并且自動生成檢查數據表。兩者的結合可以直觀顯示零件的狀態(tài)，以方便問題分析。

在此過程中，需要完成三個必要的任務：“設計GDT圖紙，手動檢查和輸入數據表”，以及按需工作的“定制零件檢查支架”（考慮某些大型金屬零件的可能性）薄板部件由于重力變形，有必要檢測支架）。3.非接觸式檢查與常規(guī)檢查工具檢查相比的優(yōu)缺點3.1工藝流程比較產品生產流程圖如圖1和表1所示。在零件生產工藝的質量孵化階段，常規(guī)檢驗工具的檢驗零件的合格率需要有四個圖紙和三個文件，并且在過程中也是逐步的關系。盡管它可以在實際操作中適當地提高，但完成的順序不會改變[2]。相反，如果使用非接觸式光學掃描檢查，則僅需要兩個圖紙和兩個文件。其中，“招標文件”不需要隨附檢具設計圖，也不需要針對每種檢查工具分別設計檢查方法和檢查方法。要求使用非接觸式光學掃描來檢測任何部分，并且操作相同。缺點是可以制造多個檢查工具，并且可以同時檢查多個零件，這要求操作員的素質較低。非接觸式光學掃描檢測可以重復使用，對操作人員的要求更高。

3.2比較檢查時間。如前一篇文章所示，檢查工具必須首先具有圖紙，并且不可避免地必須有一個處理過程。制造過程非?？量蹋圃爝^程非常精確；使用過程中要小心，即使移動和溫度變化也會導致變形（檢查工具的最終調試必須在25度的恒溫環(huán)境中放置3-6個小時，并使用桌面或龍門架的三個坐標來確認一個一）。這是一個周期長，精度要求高的過程。相反，如果使用非接觸式光學掃描檢查，則無需制造量規(guī)，并且消除了這種復雜的過程。但是，非接觸式掃描的原理是通過掃描創(chuàng)建與零件大小相同的仿真模型，然后建立虛擬坐標系，然后輸入設計模型，最后將仿真模型與原始產品模型進行比較，從而得到圖4。結果是紅色是最大差異，藍色是最小差異，檢測時間相對較長（20分鐘至70分鐘）。盡管單個項目的檢查時間較長，但會降低項目質量和開發(fā)周期。3. 3檢驗質量比較如上文3.1和3.2所述，通過非接觸掃描建立的模擬3D模型比零件的近測量點數據表更直觀地顯示零件的質量狀態(tài)。表，從根本上改變了零部件質量狀態(tài)的判斷計劃，從檢查點更改為檢查點云輪廓，如圖2所示。這是常規(guī)的檢查工具，即使可以裸露地看到缺陷眼睛，仍然需要一一檢查。檢測點①，無法檢測內部R角②。一汽集團的純電動汽車和C級SUV都采用了這種測試方法。第一個白車身的全尺寸合格率分別達到69％和72％，功能尺寸合格率分別達到86.7和84.2％。對于使用常規(guī)檢查工具進行測試的模型，第一個白車身的全尺寸通過率約為65％，功能尺寸不超過80％。綜上所述，采用非接觸掃描的虛擬仿真模型可以發(fā)現更多的質量問題，更有利于質量的培養(yǎng)。

3.4檢驗費用的比較。使用常規(guī)檢查工具進行檢查。每個零件都需要一套檢查工具。以白車身鈑金零件檢查工具為例。據估計，帶有新平臺的整車檢查工具約為2400萬個（例如，紅旗EV項目的檢查工具約為2210萬個，其中包括346個沖壓件和109個供應級組件，約2570萬個）。 HS7項目）和一套先進的便攜式非接觸式光學掃描檢測設備僅需要450,000，并且可以重復使用。檢查人員也可以大大減少，從而減少了采購和人工成本。但是缺點也很明顯。由于單個設備的成本高于單個零件檢查工具的成本，因此無法購買多個單元，即，一個設備一次檢測一個零件，因此不適合同時進行大規(guī)模和集中式檢查。4.與非接觸檢測設備相比，主流的非接觸掃描設備包括“白光掃描，藍光掃描和激光掃描”。隨著科學技術的發(fā)展，白光掃描由于其精度低，安裝和成形困難而逐漸被淘汰。 。如表2所示，當前主流使用“藍光掃描和激光掃描”。藍光掃描采用照相方法形成模擬模型。由于它是在多張照片后以不連續(xù)的方式合成的，因此有必要噴涂顯影劑并附加定位點，以使其與周圍環(huán)境區(qū)分開，并確保每張照片的選定部分的連續(xù)性。這不可避免地受到兩個關鍵因素的影響：“操作員的拼圖技巧和光結合表面的越級問題”。而且，其相對精度較低，掃描結果的精度為1mm單位水平，主要用于汽車工業(yè)中沖壓模的調整和優(yōu)化。激光掃描是一種動態(tài)掃描，可以自動識別，并且可以根據掃描結果立即生成點云仿真模型。其精度也達到0.078 mm，相當于檢查工具0.1 mm的精度。同時，如表3所示，不同激光掃描設備的掃描結果略有偏差。自2004年以來，本文中使用的設備已更新了9代。此類設備的精度也不斷提高?；饡?。

總而言之，在過去的20年中檢具設計，隨著激光掃描設備的不斷優(yōu)化和升級，其準確性已提高到與檢查工具相當的水平：消除了檢查工具的周圍環(huán)境的影響環(huán)境（振動，溫度，濕度，光線等），消除了對藍光掃描進行點定位和顯影劑定位的需要，并消除了使用單激光掃描的傳統(tǒng)光學掃描的“跨越式”問題，從而保持了激光的連續(xù)性點云模型。這三項技術升級和優(yōu)勢使非接觸式掃描取代量規(guī)檢查成為可能。與傳統(tǒng)設備相比，該研究所使用的激光掃描儀具有更高的精度和效率，并且適合于快速發(fā)現和分析生產過程中的問題。5.非接觸檢測模擬分析過程。一汽集團的EV和HS7項目已嘗試使用非接觸式光學掃描設備。本文使用的“ CRAW-FORD”激光掃描儀與三維空間數據設備匹配，以減少人為誤差的影響，精度為0.078，白色物體的精度為0.1 ，設備符合要求。本文以白車身部分為研究對象，進行了仿真分析。以HS7模型進行車頂預選育為例，通過零件狀態(tài)和裝配狀態(tài)的比較分析，確定了裝配零件公差超標的原因，并沖壓零件的實施和糾正。