藍(lán)光掃描技術(shù)在沖壓件質(zhì)量提升中的應(yīng)用

作者：姜連財(cái)，楊正新，閆花敏

單位：一汽解放青島汽車有限公司

摘要：利用藍(lán)光掃描技術(shù)，進(jìn)行高精度以及快速檢測，達(dá)到?jīng)_壓件尺寸精度的提升，以滿足汽車整體匹配質(zhì)量對沖壓件尺寸精度越來越高的要求。

 

前言   

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車車身整體尺寸的匹配質(zhì)量要求越來越高，這就要求沖壓件的尺寸精度越來越高，因此需要在沖壓件的制造過程中進(jìn)行高精度的檢測。在有限的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期內(nèi)，為了保證沖壓件尺寸精度的提升，需要更快的測量速度，更高的測量精度。藍(lán)光掃描技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的測得沖壓件的完整數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和評估。
 

1 藍(lán)光掃描三維光學(xué)測量的原理

我公司使用的藍(lán)光掃描儀掃描頭由左右兩個(gè)高分辨率的工業(yè) CCD 相機(jī)和光柵投影單元組成，采用結(jié)構(gòu)光測量的方式，利用光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測量工件表面，左右兩個(gè)高分辨率數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行同步的測量，利用立體相機(jī)測量的原理，可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲得物體表面高密度的三維數(shù)據(jù)。利用參考點(diǎn)拼接技術(shù)，將不同位置和角度的測量數(shù)據(jù)自動(dòng)對齊，從而獲得完整的掃描結(jié)果。

圖 1 藍(lán)光掃描原理

2 藍(lán)光掃描技術(shù)的特點(diǎn)

藍(lán)光為單色光源，光源的波長為 440-460nm（納米），藍(lán)光掃描技術(shù)采用細(xì)條藍(lán)光，光源的波長更短，LED 冷光源，光源能耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，在圖像采集過程中，可有效過濾周圍環(huán)境光干擾。這種能量十足的光源，又有助于縮短測量時(shí)間。

3 藍(lán)光掃描測量與傳統(tǒng)測量方法的對比

藍(lán)光掃描測量正在各個(gè)領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)的接觸式測量系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的接觸式測量方式相比，藍(lán)光掃描測量以密集的點(diǎn)云形式記錄下工件的整體表面，以便實(shí)施工件全面分析。傳統(tǒng)的檢具及三坐標(biāo)測量設(shè)備一般僅針對一項(xiàng)參數(shù)檢測，測量的范圍較小，僅對局部的孔位、型面、修邊特征進(jìn)行檢測，不能進(jìn)行全尺寸檢測，分析整體趨勢。藍(lán)光掃描測量與傳統(tǒng)的檢具檢測相比，精度更高、測量速度更快。

4 藍(lán)光掃描測量在沖壓件質(zhì)量提升中的應(yīng)用

利用藍(lán)光掃描儀對沖壓件進(jìn)行全形狀和尺寸檢測分析，以及完整的測量和檢驗(yàn)報(bào)告，可以幫助提升沖壓件的質(zhì)量以及沖壓工藝的優(yōu)化。在模具的預(yù)驗(yàn)收階段，對兩個(gè)互相匹配的沖壓件掃描數(shù)據(jù)使用電腦軟件進(jìn)行匹配，可以在實(shí)物匹配階段之前，對沖壓件的尺寸偏差對匹配的影響進(jìn)行分析，提前對沖壓件尺寸進(jìn)行優(yōu)化。

利用藍(lán)光掃描儀對沖壓件進(jìn)行掃描，將掃描數(shù)據(jù)與三維數(shù)模進(jìn)行對齊，三維數(shù)模未識(shí)別 RPS 點(diǎn)時(shí)可以采用預(yù)對齊的方式進(jìn)行對齊，三維數(shù)模上已經(jīng)識(shí)別 RPS 點(diǎn)的可以采用 RPS對齊。

圖 2 藍(lán)光掃描三維數(shù)據(jù)

圖 3 藍(lán)光掃描三維數(shù)據(jù)

完成對齊以后，利用專用軟件計(jì)算出掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)與理論尺寸的偏差，由于藍(lán)光掃描測量是以密集的點(diǎn)云形式記錄下工件的整體表面，因此每個(gè)點(diǎn)的偏差密集排列形成彩圖，零件的整體偏差趨勢一目了然，避免了基于單點(diǎn)分析可能錯(cuò)過的重要數(shù)據(jù)。

圖 2 與圖 3 為兩個(gè)互相匹配的沖壓件三維掃描數(shù)據(jù)，通過和三維數(shù)模的對比，測量報(bào)告以彩圖的形式展現(xiàn)，沖壓件的整體偏差趨勢清晰明了。圖 2 沖壓件的藍(lán)光掃描數(shù)據(jù)，紅色表示此處掃描數(shù)據(jù)型面外凸，藍(lán)色表示此處掃描數(shù)據(jù)型面內(nèi)凹，沖壓件掃描面（搭接面）型面偏差整體趨勢成拱形。圖 3 沖壓件與圖 2 沖壓件匹配位置（黑圈位置）型面偏差左側(cè)內(nèi)凹，下側(cè)與右側(cè)位置型面偏差符合要求。

將兩個(gè)與三維數(shù)模對比處理完的掃描數(shù)據(jù)用軟件進(jìn)行裝配，從裝配圖上可以看出，兩個(gè)沖壓件匹配后上端和下端搭接閃縫，間隙較大，焊接后存在焊點(diǎn)扭曲、焊點(diǎn)深的風(fēng)險(xiǎn)。裝配后切割二維截面，對兩個(gè)件的匹配間隙進(jìn)行評估、分析，快速準(zhǔn)確的測得兩個(gè)沖壓件之間的間隙和面差，查找問題來源，幫助確定沖壓件尺寸整改、優(yōu)化的方向。圖 2 與圖 3 沖壓件匹配后間隙與圖 2 沖壓件掃描數(shù)據(jù)趨勢吻合，可以確定需要整改的沖壓件為圖 2 沖壓件，后續(xù)可以根據(jù)圖 2 沖壓件掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整改，提升沖壓件質(zhì)量，消除焊點(diǎn)扭曲、焊點(diǎn)深的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

隨著工業(yè)的發(fā)展，有越來越多的測量數(shù)據(jù)需要處理和評估，而傳統(tǒng)的測量方式無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)的需要。藍(lán)光三維計(jì)量技術(shù)不但可以滿足當(dāng)前工業(yè)的需求，同時(shí)還能確?？s短開發(fā)時(shí)間、優(yōu)化生產(chǎn)流程并提高工藝安全。未來，在藍(lán)光掃描技術(shù)的逐步成熟下，取代傳統(tǒng)測量方式，在汽車行業(yè)中的應(yīng)用將越來越廣。