基于CATIA V5和Geomagic Qualify的汽车零部件质量快速检测

2011-11-05李秀梅ChenBoLiXiumei

北京汽车 2011年5期

关键词：检具数模支架

陈博，李秀梅 Chen Bo，Li Xiumei

（1.广汽长丰研发中心，湖南长沙 414011； 2.北汽福田长沙汽车厂技术中心，湖南长沙 414011）

0 引言

1 汽车零部件的检测方法

1.1 手工检测

即借用常用的工具,如卷尺、直尺、游标卡尺、千分尺、深度尺进行人工测量。其优点是测量方法简单,测量效率高,测量结果准确，检测成本低。缺点是只能检测二维数据。

1.2 专用检具检测

对零部件开发专用的检具,利用检具上刻线、样板刀、划线销、检测块对零件型面、轮廓、孔位、部分断面进行检查。其优点是测量方法简单，检测范围区间较广。缺点是测量效率低，需要开发专用的检具，检具具有专一性，不能对零部件进行全尺寸检测，最终结果需要根据测量值进行综合分析才能确定。由于主机厂除白车身外大部分零件为外购件，零部件的检具都为供应商自行开发使用，主机厂对采购零部件质量管控在空间上存在一定困难。

1.3 CMM

三坐标测量现已广泛地应用于汽车零部件质量检测中，其类型分为固定式三坐标、移动式三坐标。三坐标测量也称为接触式测量，因测量过程中，探针需要与被测零件接触，此检测方法要求被测零件有一定刚性，同时测量过程中需要对它进行合适固定，以便机械探针能与被测部位接触。其优点是测量精度高、适应性强。缺点是测量效率低，受测量空间限制较大。

1.4 非接触式测量检测

非接触式测量根据测量原理分为光学测量、超声波测量、电磁波测量、红外测量、摄影测量等方式。非接触式测量利用某种与零件表面发生相互作用的物理现象来获取零件的三维信息。因其不与零件接触,无需对零件进行固定。其优点是测量范围广，测量精确，受测量空间的限制小，适应性强，效率高，分析结果明朗。缺点是需要专业的检测软件进行比对。

2 非接触式测量检测实例分析

在新车试制过程中，装车现场反映发动机热水软管装配困难，通过现场分析，最终问题归结于发动机热水硬管上，该零件由1根金属弯管和2个板金支架焊接而成，是因为焊接时定位不准还是焊接变形，还是单件存在质量问题无法从表面立即判定。此零件供应商开发有专用检具，因检具设计考虑不全，需要检测区域无检测块，且检具为总成检具，单件无法在上面进行检测。基于以上原因，在此采用非接触式测量方法对零部件进行全尺寸检测。

（1）零件的三维扫描

首先对热水硬管总成作三维扫描以获得物体表面的空间坐标，它的意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，即我们通常说的点云。

（2）点云文件的后处理

激光扫描仪扫描的数据，需要进行后处理，Geomagic Qualify是一款CAI（计算机辅助检测）软件，其点云后处理功能有限，为此需把点云文件导入到具有逆向功能的专业软件中进行处理。在此我们把点云导入到CATIA软件中的Digitized Shape Editor模块中进行后处理。在CATIA V5中通过Insert｜import命令导入扫描数据，可同时选取多个文件以便拼接分区间扫描的点云,扫描文件格式支持Asc ii，Stl，Cgo等，点云导入后，通过Insert｜Cloud Edition｜Remove中的（Pick，Brush，Trap，Flood）删除点云中噪点和飞点，上述操作的目的是为了避免重构后的数字化模型发生畸形，偏离实物原来的形貌。再通过Insert｜Mesh｜Mesh Creation中的3Dmesh对点云进行三角化，此操作的目的是为了后续比对观察方便（图 1）。

（3）利用Geomagic qualify软件对扫描数据和零部件数模进行比对

因Geomagic qualify与CATIA V5格式不兼容，比对前需把热水管的数学模型由catiaprt格式转换成软件能够识别的igs或Stp格式后再导入到软件中，导入后需定义零件数模为参考模型，再导入stl格式的点云文件,定义点云为测试文件。点云对齐前，必须定义参考文件及测试文件，否则后续操作无法进行。因三维扫描时样件任意摆放，它和数模不在同一坐标系下，无法立即比对。比对前需把点云和数模先进行对齐。

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此款软件为我们提供了4种对齐方式：特征对齐、最佳拟合对齐、RPS（Referenz Puckt System）对齐和手工对齐。

特征对齐主要应用于外形规则零件，通过创建在模型和点云上对应的特征拟合，达到数模和点云对齐。

最佳拟合对齐主要应用无特征的自由曲面物体，车门玻璃适合应用此对齐方式。最佳拟合对齐是软件利用自身拟合功能，不断地调整点云与数模匹配，直至他们重合部分最大化。

RPS对齐是基于参考点系统的对齐，RPS即汽车设计制造过程中贯穿前后的基准点系统，是目前在大众汽车中应用的一种定位体系，它被利用来保证汽车零部件尺寸稳定性和零部件功能。适合于有定位孔、槽等特征的零件。

手工对齐是通过移动、旋转命令来人工调整点云使之与数模对齐。

根据所检测零件的情况，在此选用特征对齐。特征对齐需要我们在定义为参考的CAD数据上找出相关的特征，此软件能自动识别点、面、圆、圆柱、圆锥，我们可以根据所检测零件的特征进行合理的选择，根据零件的安装工艺，选择2个安装螺栓过孔及安装贴合面为特征。可通过命令特征｜快捷特征执行运算，CAD数据上定义对齐特征后，需要在点云上创建与之相对应的特征，此步骤可通过命令特征｜自动创建执行。此过程中如发现所选的特征不合适或者错误可以进行更改及删除。

对齐完成后即可执行产品3D比较，通过分析｜3D分析来执行运算，最终的结果通过不同的颜色段（即色谱）来区分，根据检测精度的要求，可以定义颜色的数量，颜色越多则显示越精确，分析结果同时显示最大偏值、最小偏值、正负偏值和标准偏差（图2）。

通过分析模块中的创建注释我们可以得出点云上的点相对于CAD模型上的XYZ的偏差及3D偏差值，使比对结果量化，而不是一个区间值。此结果可输出EXCELE格式的表格（图3）。

为确切地表述某一断面的偏差情况，可以进行2D比较，通过分析｜2 D分析来执行计算。截面可以在数模的坐标系中通过基准坐标系移动、旋转变换，也可以通过点来构建截面截取断面。

为便于观察偏差状态，可以把点云文件进行隐藏。

Geomagic Qualify可根据操作过程自动生成报告文件，文件格式包括PDF，WORD，HTML，EXCELE等多种格式，以便部门之间数据共享，其明显的特点是PDF格式的报告文件可以进行3D浏览，给会议演示提供了便利。报告文件格式可以根据企业的特点进行编辑，使之符合企业标准化要求（图4）。

从上面的分析结果我们可以确认支架的焊接位置不对，可以初步判定焊接夹具存在问题。弯管成型是否存在与数模不一致,需要重新单独进行比对。

为验证弯管是否符合数模，利用上述操作单独对弯管进行进一步确认。首先删除CAD模型中的2个板金支架，需要删除两支架的点云。删除支架的CAD模型及点云如图5所示。

再次把CAD模型文件及点云文件导入到Geomagic Qualify中，按照上文中的步骤设定好参考文件及测试文件。根据所比对零件的特点，删除支架后的零部件因没有相关的孔及凸台等作为对齐特征，在此我们选用最佳拟合对齐，再执行3D比对（图6）。

上图分析结果显示弯管存在偏差。按此步骤再分别对2个板金支架进行检测分析，以确定零部件整改的最终对象。

从以上分析可知，综合两款软件的优点，我们可以快速判别零部件质量问题。避免CMM测量的繁琐，生成的报告直观明了，便于我们传递给零部件供应商进行确认整改及内部信息传递。实践证明结合Geomagic Qualify和CATIA V5对零部件进行非接触式测量检测，体现了专用检具和CMM测量所不具备的优势，极大地提高了检测效率。