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关键词:汽车模具测量   

探寻数字测量的新境界

2016-10-24    
  从理论角度分析,汽车模具设计过程中,通常面对的是由复杂的自由曲面拼接而成的零部件,因此在概念设计阶段难以用严密、统一的数学语言来描述,所以传统的设计流程已经无法满足汽车模具设计的需要。
  应对汽车模具的设计要求,基于现代自动控制技术、软件技术和测头技术的不断提高,三坐标测量机已经具备将复杂自由曲面特征的样件实物转变为数字化三维CAD模型的能力,从而使得设计流程中的系统分析、再设计、数控编程、数控加工过程变得容易和简单。因此,具有完善CAD功能的高精度测量机,通过测量机强大的逆向工程功能产生CAD模型,这是现代汽车模具设计的第一步。
  高速连续扫描的关键
  测量机的整机设计是取得高速连续扫描操作的关键。其机械本体和控制系统、驱动和气浮系统需要相互适应并发挥最大效用,例如,机械本体需提供高重复性所需要的刚性。
控制系统也是一个关键所在,因为控制系统关联着机械本体、扫描测头、驱动系统和数据采集与计算机分析。曲面形状的变化需要尽快识别,从而可精确地跟踪扫描路径。控制系统反应的速度和精度,即使是最小的变化,也决定测量机的效率。同时,需要采用快速、并行的数据传输,以保证测量分析不会滞后。
  许多因素可决定一台扫描测量机的实际测量速度,包括加速度、最大速度、探测速度、探测方法(开环或闭环),以及测量机软件的计算能力。
  由于对形状的测量需要大量的数据,在许多其他的测量软件中一些特殊的扫描功能并不具备。如其过滤功能允许扫描软件能够从完整表面形状的轻微变化中进行识别,过滤器同时还可减少振动所引起的变化。
  接触式测头和非接触式测头在汽车模具设计领域具有不同的应用范围和特征。接触式测头可以高精度地完成工件的扫描,对于物体边界的测量相对精确,但对软质材料的测量适应性较差。非接触式测头(激光测头)相对于接触式测头扫描速度更快,可以快速形成“点云”资料,最高采点数可以达到23000点/秒,但在测量工件特征方面有局限,测量的精度较低。工件特征可测性方面的局限使得经常需要进行测头的重新定位,这样就降低了系统的工作效率,而且对样件表面反光度和光照有较高的要求。
  传统的激光测头应用方式,需要独立的点云采集控制系统,和坐标测量机软件难以兼容,同时在坐标测量机上需要添加细分器,导致烦琐的设备间工作切换和繁杂的连线,并且无法和接触式测头共享坐标系,不能充分发挥测量机的固有作用使用点云采集控制系统。
  海克斯康(海克斯康官方网站,海克斯康社区,海克斯康产品一览,海克斯康应用案例)把激光扫描技术集成到著名的PC-DMIS测量软件之中,实现了对激光扫描测头的完全控制,即PC-DMIS LASER软件。PC-DMIS LASER软件不但拥有PC-DMIS CAD ++丰富而强大的测量功能,而且可以使测量人员像使用触发测头一样方便地使用激光扫描测头,实现了激光测头和接触式扫描测头的完美配合,从而扩展了测量机的应用领域,并能够高效率、高精度地完成包括逆向工程、塑料件和钣金件在内的各种复杂工件的精密测量。通过快速扫描进行逆向工程或检测,可以加快产品的开发和检验进程。
  由海克斯康计量产业集团所提供的世界领先的PRIMA水平臂式测量机,具备出众的机械结构和创新优化的设计,能够全面符合汽车模具工业标准的严格要求,在所有的操作环境下,最大化地确保了操作人员的安全和便利,并提供了高精度、高可靠性和易于使用等特性。开敞的双水平臂结构非常便于大型工件的装卸操作;坚固耐用的水平铸铁工作台无需特殊的地基要求;配有温度传感器使控制系统能够检测并动态地补偿温度梯度引起的测量系统的变形,全面适应车间环境的工作要求。
  配备功能强大的PC-DMIS测量软件,可以轻易实现零件的编程和编辑的互动,并充分体现CAD图形的优势。先进的扫描软件包允许三维工件几何量表示能够导入到测量程序中,自动从CAD模型上提取名义值和曲面的算术矢量。通过点击被扫描工件表面的区域和轮廓,系统可自动完成对区域和轮廓的扫描,并为采集数据进行报告。
  汽车模具设计领域的应用
  1、逆向工程与尺寸验证
  对于整车外观及覆盖件等复杂形状进行快速自动接触和非接触数字化,以完成模具的制造和产生加工路径。
  PRIMA测量系统可以实现激光扫描和触发测量的完全兼容和紧密结合,采用测量机的精度补偿功能可以提高扫描的精度。它能够自动编程完成扫描采点,实现扫描速度自动补偿。同时还具备自定义扫描路径,快速获取3D点云并进行3D图形显示。可实时显示采集到的点云,过滤并选择点云,与CAD数据进行拟合与比对。支持多种格式的CAD数模的导入和导出,借助友好的软件接口,可以和任何专业逆向工程软件联接,完成汽车模具的设计工作。
  2、造型/ 研发中心的应用
  现代化的造型/研发中心要求高精度高效率地完成样件扫描、数字化建模、模型实体化、比对检测等多项任务。响应上述需求,PRIMA测量系统可以通过多中心的方法进行配置,使得多种设计应用可以共享基础工作台和X 向导轨。通过定义出不同的工作任务区,自动完成诸如逆向工程、数字化、在粘土或树脂上进行钻铣等多种操作。
  以汽车外型设计为例,借助PRIMA测量机强大的基于CAD功能的逆向工程能力,对车身原型进行扫描,获取表面点的空间三维坐标值,完成汽车车身的数字化建模工作。通过三维实体设计等手段,对车身的自由曲面形状进行定义和完善。做到这些还不够,我们还需要将基本成型的三维CAD模型再度实体化,制作真实比例的车身模型,来评估设计的预期效果。
  无需寻求加工中心的帮助,我们可以充分利用PRIMA测量机所提供的随动铣削功能,来快速实现CAD模型的实体再现,通过不断的测量和修正,直至达到车身的设计要求。
  PRIMA测量系统具备便于整合、高效率、灵活性强、精度高、具有可扩展模块、高可靠性和高承载能力,从而能够适应自动化柔性制造流程。
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