Atos蓝光扫描技术在轻量化车身覆盖件模具设计中的应用

柴震　王荣辉　苏长生

摘 要：简述蓝光扫描系统，针对轻量化车身覆盖件越来越高的要求，利用Atos蓝光扫描技术对试模件和试模完的模具腔体数据测量，完成数据的处理和评估。再根据数据重新曲面重构得到我们理想的模具。最后总结蓝光扫描技术对模具设计行业的意义。

关键词：蓝光扫描系统 轻量化 试模 曲面重构

1 引言

汽车车身模具是汽车车身生产制造的重要工艺装备，是整个汽车零部件装配的载体，模具的优劣直接会影响到汽车的安全、舒适、美观等指标，是汽车更新换型的制约因素。

近年来，国内很多模具企业开始加大了技术研究的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。部分企业也普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家还引进了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模具的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，在进步模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献，但与国外先进技术相比，我国汽车模具行业道路仍然需要努力前行。

随着轻量化车身概念的到来，为了降低车的质量，车身开始采用全铝车身，铝板的成型和钢板有很大区别，铝合金板料室温延伸率低、弹性模量小，其车身覆盖件成形后回弹量大。传统的型面补偿工艺建立在现场技术人员的经验估计基础上，可能会出现起皱、拉裂、过度减薄等缺陷，最终需要经过反复修模，为了解决以上精度问题，我们采取非接触式Atos蓝光扫描技术代替传统检具，可以很好的进行数据处理和评估。

2 Atos蓝光扫描技术

2.1 蓝光扫描测量系统

蓝光扫描测量系统采用非接触光学测量原理，通过光栅投影的方式实现点云获取，搭载机器人、导轨、转台等运动机构实现大范围柔性测量，高密度点云测量，真实还原物体的丰富表面细节。软件系统可完成从轨迹编程、点云获取、点云处理到最终报告生成的全自动化流程。蓝光扫描测量系统因其效率高、精度高、数据量大、成本低、环境要求低等特点，正逐步替代三坐标系统成为主流的实现零部件乃至整车尺寸测量的工具。应用范围包括测量间对整车及零部件的测量、焊装车间分总成的离线测量和冲压车间模具的测量等。

2.2 蓝光扫描测量与传统扫描测量方法的比较

传统检具和三位坐标设备测量具有局限性，一般只针对某一项参数进检测分析，而且检测范围很小，只能对试模件局部孔、面、边等特征进行检测。蓝光扫描可获得试模件全域点云大数据，以便于试模件全面分析。综合分析，蓝光扫描测量精度更高、测量速度更快。

2.3 在轻量化车身覆盖件模具设计中的应用

2.3.1 车身覆盖件试模件的测量与分析

蓝光扫描可获得试模件全域点云大数据，直接对大数据分析提取到CAD中。由于板料的变形具有连续性，板件各区域之间变形存在关联性，彼此相互影响，但是某区域进行型面偏差补偿时，对关联区域的影响程度是不同的，故引入强相关区域与弱相关区域以及型面补偿系数的概念。在型面補偿中，对数以万计的点云数据按照Ka=I×Δk自动计算该点的型面补偿量。其中式中：Ka为型面补偿量，I为型面补偿系数，Δk为实测的区域回弹最大值。

强相关区域为该区域与零件其他区域关联程度大，或者处于零件几个关键区域的连接处，该区域的型面补偿策略应相当保守，每次型面补偿时的型面补偿系数应当取较小值。相反，对于弱相关区域，其型面补偿策略可以相对激进，型面补偿系数可取较大值。然后将型面补偿修正数据导入CAD/CAE进行模具型面重构，再依据修正的型面进行CAE有限元模型的二轮迭代优化，依据优化型面进行车间修模试模，不依赖现场技术人员的经验估计，实现全工序量化设计，控制负责曲面覆盖件的成形精度。

2.3.2 车身模具的测量与分析

汽车车身覆盖件生产主要是依靠模具冲压成形，模具的质量将会直接影响车身覆盖件的质量。车身覆盖件模具的设计制造是根据覆盖件的CAD数模进行加工获得的。尽管在模具设计的前期会使用各种成形模拟软件的优化，但是由于制造设备水平问题，实际车身覆盖件模具在生产制造过程中，会与CAD数模产生一定的差别，这就造成了生产的模具与理想数模并非完全一样。

利用蓝光扫描技术对完成试模的车身模具腔体进行扫描测量，将实际扫描测量的数据与理论上CAD数据之间进行对比，就可以获得试模过程中修改区域的位置信息。然后根据数据进行曲面重构即可得到理想的状态的CAD数据，然后将数据保存以便下次模具复制或者试模时可以直接利用，节约漫长的人工试模时间。

2.3.3 综合分析

无论对试模件测量分析还是对试模后的模具腔体测量分析，都可以根据数据进行曲面重构，解决了模具设计中的各种问题，对汽车车身模具设计起到至关重要的作用。

3 结语

随着汽车工业的发展，对车身覆盖件要求越来越高，对车身模具的精度要求也越来越高，Atos蓝光扫描技术可以完美的满足当前汽车工业模具设计的需要，精确测量数据进行处理和评估。该技术将逐步成熟从而取代传统的测量技术，对车身覆盖件模具的设计起到了极大的促进作用。

参考文献：

[1]姜连财，杨正新，闫花敏.蓝光扫描技术在冲压件质量提升中的应用[J].汽车实用技术.2018，10（23）.

[2]张宾，林卫明，胡正芳.蓝光扫描技术在汽车上的应用[J].汽车与配件.2017，8（23）.

[3]李占辉.汽车覆盖件模具设计[J].机电工程术.2018，47（08）.