探尋數(shù)字測量的新境界

從理論角度分析，汽車模具設(shè)計(jì)過程中，通常面對的是由復(fù)雜的自由曲面拼接而成的零部件，因此在概念設(shè)計(jì)階段難以用嚴(yán)密、統(tǒng)一的數(shù)學(xué)語言來描述，所以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程已經(jīng)無法滿足汽車模具設(shè)計(jì)的需要。

應(yīng)對汽車模具的設(shè)計(jì)要求，基于現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)、軟件技術(shù)和測頭技術(shù)的不斷提高，三坐標(biāo)測量機(jī)已經(jīng)具備將復(fù)雜自由曲面特征的樣件實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化三維CAD模型的能力，從而使得設(shè)計(jì)流程中的系統(tǒng)分析、再設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、數(shù)控加工過程變得容易和簡單。因此，具有完善CAD功能的高精度測量機(jī)，通過測量機(jī)強(qiáng)大的逆向工程功能產(chǎn)生CAD模型，這是現(xiàn)代汽車模具設(shè)計(jì)的第一步。

高速連續(xù)掃描的關(guān)鍵

測量機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)是取得高速連續(xù)掃描操作的關(guān)鍵。其機(jī)械本體和控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和氣浮系統(tǒng)需要相互適應(yīng)并發(fā)揮最大效用，例如，機(jī)械本體需提供高重復(fù)性所需要的剛性。

控制系統(tǒng)也是一個(gè)關(guān)鍵所在，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)關(guān)聯(lián)著機(jī)械本體、掃描測頭、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)分析。曲面形狀的變化需要盡快識(shí)別，從而可精確地跟蹤掃描路徑?？刂葡到y(tǒng)反應(yīng)的速度和精度，即使是最小的變化，也決定測量機(jī)的效率。同時(shí)，需要采用快速、并行的數(shù)據(jù)傳輸，以保證測量分析不會(huì)滯后。

許多因素可決定一臺(tái)掃描測量機(jī)的實(shí)際測量速度，包括加速度、最大速度、探測速度、探測方法(開環(huán)或閉環(huán))，以及測量機(jī)軟件的計(jì)算能力。

由于對形狀的測量需要大量的數(shù)據(jù)，在許多其他的測量軟件中一些特殊的掃描功能并不具備。如其過濾功能允許掃描軟件能夠從完整表面形狀的輕微變化中進(jìn)行識(shí)別，過濾器同時(shí)還可減少振動(dòng)所引起的變化。

接觸式測頭和非接觸式測頭在汽車模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有不同的應(yīng)用范圍和特征。接觸式測頭可以高精度地完成工件的掃描，對于物體邊界的測量相對精確，但對軟質(zhì)材料的測量適應(yīng)性較差。非接觸式測頭(激光測頭)相對于接觸式測頭掃描速度更快，可以快速形成“點(diǎn)云”資料，最高采點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到23000點(diǎn)/秒，但在測量工件特征方面有局限，測量的精度較低。工件特征可測性方面的局限使得經(jīng)常需要進(jìn)行測頭的重新定位，這樣就降低了系統(tǒng)的工作效率，而且對樣件表面反光度和光照有較高的要求。

傳統(tǒng)的激光測頭應(yīng)用方式，需要獨(dú)立的點(diǎn)云采集控制系統(tǒng)，和坐標(biāo)測量機(jī)軟件難以兼容，同時(shí)在坐標(biāo)測量機(jī)上需要添加細(xì)分器，導(dǎo)致煩瑣的設(shè)備間工作切換和繁雜的連線，并且無法和接觸式測頭共享坐標(biāo)系，不能充分發(fā)揮測量機(jī)的固有作用使用點(diǎn)云采集控制系統(tǒng)。

?？怂箍蛋鸭す鈷呙杓夹g(shù)集成到著名的PC-DMIS測量軟件之中，實(shí)現(xiàn)了對激光掃描測頭的完全控制，即PC-DMIS LASER軟件。PC-DMIS LASER軟件不但擁有PC-DMIS CAD ++豐富而強(qiáng)大的測量功能，而且可以使測量人員像使用觸發(fā)測頭一樣方便地使用激光掃描測頭，實(shí)現(xiàn)了激光測頭和接觸式掃描測頭的完美配合，從而擴(kuò)展了測量機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，并能夠高效率、高精度地完成包括逆向工程、塑料件和鈑金件在內(nèi)的各種復(fù)雜工件的精密測量。通過快速掃描進(jìn)行逆向工程或檢測，可以加快產(chǎn)品的開發(fā)和檢驗(yàn)進(jìn)程。

由?？怂箍涤?jì)量產(chǎn)業(yè)集團(tuán)所提供的世界領(lǐng)先的PRIMA水平臂式測量機(jī)，具備出眾的機(jī)械結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新優(yōu)化的設(shè)計(jì)，能夠全面符合汽車模具工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，在所有的操作環(huán)境下，最大化地確保了操作人員的安全和便利，并提供了高精度、高可靠性和易于使用等特性。開敞的雙水平臂結(jié)構(gòu)非常便于大型工件的裝卸操作；堅(jiān)固耐用的水平鑄鐵工作臺(tái)無需特殊的地基要求；配有溫度傳感器使控制系統(tǒng)能夠檢測并動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償溫度梯度引起的測量系統(tǒng)的變形，全面適應(yīng)車間環(huán)境的工作要求。

配備功能強(qiáng)大的PC-DMIS測量軟件，可以輕易實(shí)現(xiàn)零件的編程和編輯的互動(dòng)，并充分體現(xiàn)CAD圖形的優(yōu)勢。先進(jìn)的掃描軟件包允許三維工件幾何量表示能夠?qū)氲綔y量程序中，自動(dòng)從CAD模型上提取名義值和曲面的算術(shù)矢量。通過點(diǎn)擊被掃描工件表面的區(qū)域和輪廓，系統(tǒng)可自動(dòng)完成對區(qū)域和輪廓的掃描，并為采集數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)告。

汽車模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、逆向工程與尺寸驗(yàn)證

對于整車外觀及覆蓋件等復(fù)雜形狀進(jìn)行快速自動(dòng)接觸和非接觸數(shù)字化，以完成模具的制造和產(chǎn)生加工路徑。

PRIMA測量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)激光掃描和觸發(fā)測量的完全兼容和緊密結(jié)合，采用測量機(jī)的精度補(bǔ)償功能可以提高掃描的精度。它能夠自動(dòng)編程完成掃描采點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)掃描速度自動(dòng)補(bǔ)償。同時(shí)還具備自定義掃描路徑，快速獲取3D點(diǎn)云并進(jìn)行3D圖形顯示?？蓪?shí)時(shí)顯示采集到的點(diǎn)云，過濾并選擇點(diǎn)云，與CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合與比對。支持多種格式的CAD數(shù)模的導(dǎo)入和導(dǎo)出，借助友好的軟件接口，可以和任何專業(yè)逆向工程軟件聯(lián)接，完成汽車模具的設(shè)計(jì)工作。

2、造型/ 研發(fā)中心的應(yīng)用

現(xiàn)代化的造型/研發(fā)中心要求高精度高效率地完成樣件掃描、數(shù)字化建模、模型實(shí)體化、比對檢測等多項(xiàng)任務(wù)。響應(yīng)上述需求，PRIMA測量系統(tǒng)可以通過多中心的方法進(jìn)行配置，使得多種設(shè)計(jì)應(yīng)用可以共享基礎(chǔ)工作臺(tái)和X 向?qū)к墶Ｍㄟ^定義出不同的工作任務(wù)區(qū)，自動(dòng)完成諸如逆向工程、數(shù)字化、在粘土或樹脂上進(jìn)行鉆銑等多種操作。

以汽車外型設(shè)計(jì)為例，借助PRIMA測量機(jī)強(qiáng)大的基于CAD功能的逆向工程能力，對車身原型進(jìn)行掃描，獲取表面點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)值，完成汽車車身的數(shù)字化建模工作。通過三維實(shí)體設(shè)計(jì)等手段，對車身的自由曲面形狀進(jìn)行定義和完善。做到這些還不夠，我們還需要將基本成型的三維CAD模型再度實(shí)體化，制作真實(shí)比例的車身模型，來評估設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

無需尋求加工中心的幫助，我們可以充分利用PRIMA測量機(jī)所提供的隨動(dòng)銑削功能，來快速實(shí)現(xiàn)CAD模型的實(shí)體再現(xiàn)，通過不斷的測量和修正，直至達(dá)到車身的設(shè)計(jì)要求。