一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法，包括以下步骤：1）利用三维光学扫描测量设备分别对钣金件以及模具的贴合表面进行测量，获得各表面的三维测量点云数据；2）利用有约束的模型对齐方法对钣金件测量数据与模具测量数据进行最佳地贴合对齐；3）计算钣金件上各测量点与模具数据中对应的最近点间的距离，即是钣金件上该处与模具的贴合间隙。本发明专利技术依据算法实现钣金件与模具之间的最佳贴合对齐，无需事先在钣金件和模具上布置辅助定位装置，同时提高了贴合间隙的检测精度。

Method for detecting joint clearance between sheet metal parts and mould

The invention discloses a detection method of fit clearance between a sheet metal and die, which comprises the following steps: 1) are respectively attached to surface of sheet metal parts and moulds were measured using optical scanning equipment, obtaining 3D point cloud data of the surface; 2) were the best fit to align the measurement data and sheet metal parts die measurement data using the model alignment method with constraints; 3) calculating the nearest point corresponding to each measurement point and the mold data sheet metal on the distance between the joint gap is on the sheet metal and die. The invention realizes the best fit and alignment between the sheet metal parts and the die according to the algorithm, and does not need to arrange an auxiliary positioning device in advance on the sheet metal piece and the die, and simultaneously improves the detection precision of the fitting clearance.

【技术实现步骤摘要】
一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法
本专利技术涉及钣金件检测
，具体是一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法。
技术介绍
钣金件在飞机、汽车等行业的零部件中占有相当大的比例，如飞机蒙皮、隔框、翼肋、汽车覆盖件等，具有高的尺寸和形状要求。为了保证钣金件产品的质量，在加工完成后需要对其外形进行检测，其中钣金件与对应模具之间的贴合间隙是一项重要的检测内容。贴合间隙不但用来评价钣金件的表面准确度，更可以通过对其分析来找出影响成形工艺的关键因素，为钣金件加工工艺设计与改进提供参考。目前,钣金件与模具贴合间隙的检测方法是：将被测钣金件放置并固定在对应的模具上，然后将塞规塞进钣金件与模具的间隙中，从塞规的尺寸获得贴合间隙。由于受塞入方法的限制，这种方法只能对钣金件边缘处的贴合间隙进行检测，对塞规无法塞进的中间部位则无法检测。另外受实物塞规尺寸和精度的限制，检测精度不够高。上述检测方法通常称为模拟量检测方法，近年来利用三坐标测量机、三维光学扫描等数字化检测方法得到越来越多的应用。在数字化检测方法中，利用三维光学扫描测量设备对被测物体表面进行测量已经有大量的应用。目前，利用三维光学扫描测量设备可以对钣金件表面进行数据测量，然后将测量数据与钣金件的设计数模(或者对应的模具数模)进行最佳对齐，获得被测零件与设计数模之间的误差，但是该误差不能表示钣金件与模具之间的间隙。主要原因是：(1)钣金件与模具贴合时要求不能相互穿透，而通常的最佳对齐方法是使得被比较的两个表面的距离误差最小，存在表面互相穿透的情况；(2)钣金件与模具之间很多情况下通过定位孔/销来保证钣金件不会侧向滑动，通常的最佳对齐方法没有考虑这一因素。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有数字化检测方法中不能表示钣金件与模具之间间隙的问题，提供了一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法，依据算法实现钣金件与模具之间的最佳贴合对齐，无需事先在钣金件和模具上布置辅助定位装置，同时提高了贴合间隙的检测精度。本专利技术提供了一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法，包括以下步骤：1)利用三维光学扫描测量设备分别对钣金件以及模具的贴合表面进行测量，获得各表面的三维测量点云数据；2)利用有约束的模型对齐方法对钣金件测量数据与模具测量数据进行最佳地贴合对齐，钣金件测量数据与模具测量数据模型对齐的目标函数为：其中，Pi为钣金件上的测量数据点，Qi为模具模型上与Pi对应的最近点，n为表面点的个数，m为定位特征点的个数，wi为权值，R、T分别为坐标变换中的旋转矩阵和平移向量；3)计算钣金件上各测量点与模具数据中对应的最近点间的距离，即是钣金件上该处与模具的贴合间隙，贴合间隙的计算公式为hi(R,T)＝(RPi+T-Qi)·ni。步骤2)中所述的有约束的模型对齐方法包括定位配合约束和表面贴合约束。所述的定位配合约束为：τj≤bj(R,T)≤μj(j＝1,2,…,m)，其中bj(R,T)为钣金件上的定位特征点到理论模型定位器的距离，τj、μj分别为最小和最大约束值。所述的表面贴合约束为：hi(R,T)≥0(i＝1,2,…,n)，其中hi(R,T)为Pi点到模具理论模型上最近点的距离，该值也是Pi点的贴合间隙。本专利技术有益效果在于：1、依据算法实现钣金件与模具之间的最佳贴合对齐，无需事先在钣金件和模具上布置辅助定位装置，同时提高了贴合间隙的检测精度。2、采用三维光学扫描测量设备，能够对钣金件及模具的贴合表面进行高精度的、全细节的测量。附图说明图1是本专利技术实施例的钣金件示意图。图2是本专利技术实施例的模具示意图。图3是本专利技术实施例的钣金件与模具贴合对齐示意图。图4是本专利技术实施例的钣金件与模具之间贴合间隙示意图。图5是本专利技术实施例的钣金件的测量数据示意图。图6是本专利技术实施例的模具测量数据示意图。图7是本专利技术实施例的定位配合时钣金件上孔的数据与模具上定位销之间的定位偏差示意图。图8是本专利技术实施例的钣金件的测量数据与模具测量数据在有约束的模型对齐下的结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本实施例如图1～8所示，本实施提供一种钣金件与模具贴合间隙检测方法，以一翼肋零件与其对应的模具为例，如图1、2示意，两者的贴合如图3示意，贴合间隙如图4示意。本实施例的实施步骤如下。步骤1，采用三维光学扫描测量设备对钣金件的贴合表面(这里是零件的内表面)和模具的表面分别进行数据测量，测量结果如图5、图6所示。步骤2，对两组测量数据进行有约束的模型对齐。钣金件测量数据与模具测量数据模型对齐的目标函数为：式(1)中：Pi为钣金件上的测量数据点(包括表面点云和定位特征点)，Qi为模具模型上与Pi对应的最近点，n为表面点的个数，m为定位特征点的个数，wi为权值(当Pi参与定位时，wi为1，否则为0)；R、T分别为坐标变换中的旋转矩阵和平移向量，是优化的变量；所述的有约束的模型对齐包括定位特征配合约束和表面贴合约束。定位特征配合约束为钣金件中的工艺定位数据与模具中的定位器之间的定位偏差小于或等于给定的公差，即τj≤bj(R,T)≤μj(j＝1,2,…,m)；表面贴合约束为钣金件数据与模具数据间的有向距离大于或等于零，即hi(R,T)≥0(i＝1,2,…,n)。τj≤bj(R,T)≤μj是定位特征配合约束，bj(R,T)为钣金件上的定位特征点到理论模型定位器的距离，τj、μj分别为最小和最大约束值；hi(R,T)≥0是表面贴合约束，hi(R,T)为Pi点到模具理论模型上最近点的距离，该值也是Pi点的贴合间隙。本实施例中，定位特征配合为定位孔与定位轴的配合，约束示意图如图7。图7中轴线a为定位销的中心轴线，A为轴线a上的一点，P为被测钣金件定位孔中心(可通过对定位孔轮廓线进行圆拟合来获得)，定位孔要求能套在销上，公差通常为正，设给定公差为[0,t]，则该定位误差b为：b＝||a×(P-A)||(2)因此，本实施例对式(1)中的定位特征约束有：bj(R,T)＝||aj×(RPj+T-Aj)||，τj＝0，μj＝t。表面贴合约束用来保证零件与模胎相贴合但不穿透，即零件在膜胎的外侧。贴模间隙的计算为：hi(R,T)＝(RPi+T-Qi)·ni(3)式(3)中ni为理论模型曲面上Qi处的单位外法矢。式(1)是一个约束下的最小二乘问题，可通过增广拉格朗日方法将约束优化问题转换为无约束问题进行求解，求解后对齐结果如图8示意。步骤3，钣金件与模具的贴合间隙计算。对齐后，由公式(3)计算钣金件测量各点处的贴合间隙。本实施例的实验结果如下。对定位特征配合约束进行实验。情况1为不加定位特征配合约束，情况2为增加定位特征配合约束，两种情况下贴模间隙分析结果对比如表1所示。情况1在特征孔、零件上部内表面处的误差明显小，在测部内表面处的误差基本相差不大。由此说明，使用本专利技术方法可以提高钣金件贴模间隙分析的精度。表1误差分析结果对比(单位：mm)本专利技术具体应用途径很多，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)利用三维光学扫描测量设备分别对钣金件以及模具的贴合表面进行测量，获得各表面的三维测量点云数据；2)利用有约束的模型对齐方法对钣金件测量数据与模具测量数据进行最佳地贴合对齐，钣金件测量数据与模具测量数据模型对齐的目标函数为：

【技术特征摘要】
1.一种钣金件与模具之间贴合间隙的检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)利用三维光学扫描测量设备分别对钣金件以及模具的贴合表面进行测量，获得各表面的三维测量点云数据；2)利用有约束的模型对齐方法对钣金件测量数据与模具测量数据进行最佳地贴合对齐，钣金件测量数据与模具测量数据模型对齐的目标函数为：其中，Pi为钣金件上的测量数据点，Qi为模具模型上与Pi对应的最近点，n为表面点的个数，m为定位特征点的个数，wi为权值，R、T分别为坐标变换中的旋转矩阵和平移向量；所述的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜兰，叶南，石庆兰，谭高山，张丽艳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32