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[分享] 基于3D扫描的冲压件质量检测

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发表于 2019-8-5 11:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
基于3D扫描的冲压件质量检测
周淑容,郑浩
四川职业技术学院机械工程系(四川遂宁629000)
【摘要】采用抗州先临蓝光扫描仪扫描零件表面,从而获得点云数据,再通过处理数据,在 扫描软件里把该扫描数据与最初设计的模型进行比对,最后得到测量的冲压件表面数据 与设计的参考模型表面的误差值。再通过对误差值的分析,看看是否满足公差要求,从而 达到检测的目的,这种方法可以达到各种形状冲压件的检测要求。/ J: _5 E$ p% K+ c
关键词:冲压件;质量检测; 3D扫描仪
/ ]4 E& U1 {2 r0 q" O" B1   引言
4 o8 [' t8 I( Z# h# r; M    随着社会的进步,模具已成为现代工业中重要的 工艺装备,特别是冲压模具的应用已经极为广泛,其 产值约占整个模具总产值的50%。而冲压件作为其 零件,也随着人们的审美和需求的发展,形状要求越 来越高,特别是流线性设计非常普遍,从而对冲压件 质量的检测提出了新的要求m。* [. k1 i1 h% J1 k% v. l2 }
    冲压件检测的现状:以前的冲压产品检测主要是 用游标卡尺、千分尺,后来开始使用光学投影仪、样板 检具等专用的工具来进行质量检测。这些检测工具 用来检测外形比较简单的零件还可以,如果对构造较 为复杂的冲压件进行检测,则显得有些吃力。而且还 存在以下缺陷:效率低,检测结果不可靠,质量跟踪困 难,产品数字化集成困难等。这主要因为不同的检验 人,会因为自己的操作经验不同,可能会导致出现不一样的检测结果。其次,要制造专用的检具、量具也 需要大量的时间和金钱,这不但增加成本还延长了产 品的生产周期,不具有通用性121。并且,传统检测手段 对于流线型面的检测有时根本无能为力。所以现在 大部分企业已经不再采用以前的检测手段。, p9 r' H$ x4 A4 l) c% }
    本文探讨的是首先采用杭州先临蓝光扫描仪扫 描零件表面,从而获得点云数据,再通过数据处理,在 扫描软件里把该扫描数据与最初设计的模型进行比 对,最后得到测量的冲压件表面数据与设计的参考模 型表面的误差值。再通过对误差值的分析,看看是否 满足公差要求,从而达到检测的目的。该检测方法可 以达到各种形状冲压件的检测要求。该方法的检测 流程图如图1所示。( @+ [6 ?# p7 D) A3 O0 C: Y

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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:05 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:08 | 显示全部楼层
2    应用举例$ N" F: b) n  t: \& f
本产品为某知名白酒的瓶盖,由于造型主要是曲 面,如果采用传统的检测手段,很难准确测量,所以适 用于用3D扫描的方式来检测。其具体步骤如下:. H* v3 s; e. m
(1) 零件扫描。
: i7 T4 M( e$ B  ?. D本次采用的是杭州先临的扫描仪。在扫描之前, 首先要标定相机,用于相机校准计算。值得注意的 是,在相机的标定过程中,最理想的情况是左右数据 结果相同,而在实际测量时,只要两个数据相差率小 于1%就认为标定结果准确。系统标定好后,在零件 上贴上标定纸,将贴好标定纸的零件放在扫描仪下。 由于该零件为回转体零件,没有配备回转扫描台,所 以需要多次扫描,才能扫描完成,如图2所示。本零件 一共经过了 5次扫描。2 a4 ]. I3 s8 w( ]. v
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! o0 d$ j# j/ @+ q, i$ m; J9 ?(2) 点云优化处理。
3 Z6 W8 h: F8 g9 @- S3 `/ N; p. C9 Q; e& V由于各种人为或随机因素的影响,比如标定点的贴 法不太合理,或者显影剂喷的不太均匀,或者温度、湿度甚至光线等不太理想,都会使得测量结果产生噪音点。 而且,在扫描的过程中,由于光学扫描需要扫描多次,在 点云和点云之间有重叠的部分,所以在扫描结束后,需 将5次扫描数据全部导入geomagic studio软件,进行优 化处理。此时应通过点云的杂点清理和数据精简后,再 对图2中的5个点云数据进行拼合。拼合前,点云需进 行必要的预处理,比如删除孤点,过滤等,这样有助于将 扫描中的噪音点降到最少,更好的表示真实的物体形 状,也可以为拼合计算节省时间,如图3所示。杂点处 理完后,选用全局注册模式对点云进行精细拼合,再利 用联合点对象将5个点云模型联合为一个点云,最后再 应用统一采样,再保留零件本来面貌的同时,减少点云 数据。经过一系列处理后,最终得到的点云如图4所示。
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:15 | 显示全部楼层
(3) 3D对齐、分析。
$ }. _7 I3 z; Y9 }" T    何为3D对齐呢?在零件扫描过程中,由于扫描 设备的扫描行程有限,或者零件的本身形状特点,导 致该零件不能一次扫描成功,这时就需要在不同的定 位状态下扫描产品的各个部分,从而导 致需 要多个点 云 数 据 才  能 完整 表达 该零 件外形。此时就需 要采用 3D对齐,使几幅点云处于同一个坐标系下。. x8 H" Z, I- z3 l; ?2 I1 u& i
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:17 | 显示全部楼层
    对齐的目的在于将测量得到的点云数据与已知 的标准样件模型做对比,然后进行误差分析,也是软 件Geomagic的重要功能。0 p0 |' Z9 d- O! B, a0 k' \
    3D对齐常用的有3种对齐模式,即最佳拟合对 齐,RPS对齐,基于特征对齐。在此次测量中,采用的 方式是第一种即最佳拟合对齐。在对齐过程中,先设 定好零件误差允许范围,如果测量数据和模型之间 的误差在所允许误差范围之内,则认为其满足测量要求;反之则不满足要求。7 a1 k+ G: e/ B4 r+ f$ _
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:20 | 显示全部楼层
    将 经 过 优 化 的 点 云 数 据 和 建 好 的 CAD 模 型 导 入 Geomagic qualify,根 据 零 件  要 求  设 定 好 公 差,进行对 比,测量分析结果如图5所示。这是一个3D分析图, 也是质  量 检 测 软 件Geomagic qualify的 核 心 作 用。在 软 件 中,可以设定不 同 的 色 谱 图 表 示 不 同 的 含 义。比 如可 以 设 定 绿 色 表 示 误 差 允 许 范 围 之 内 的 尺寸,暖 色 系表 示上 偏差 部分尺寸,往下 蓝 色 表 示 下 偏 差 部 分尺 寸。这 样  通 过 色 谱 分 析 图,工 件 实 际 尺 寸 与设  计 尺 寸 的 偏  差 可以 一目了 然,非 常直  观清 晰的 在图中表示 出来。 : V! w1 ]5 ?$ n+ r0 s2 ~- v
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:21 | 显示全部楼层
最后,可 以 生 成 P D F  报  告。 报 告 中 包 含 平 均 误   差,偏  差  分 布,标  准 偏  差  的  图 表  和  直 方 图 等,可 以  更 直   观  的  了  解  实  际  工  件  的 偏  差 ,有  利  于 更 好  的  改  进  产 品  质 量。 # w# |4 l/ P; A3 j

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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:23 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:23 | 显示全部楼层

6 d0 U1 c; n+ J4 w, D7 b( |3    问题分析$ U6 ~/ j) s& T6 ~- }) h* R, T( l
    虽然说利用3D扫描来检测工件,有很多优点,但 在实际测量过程中,常常由于一些原因,导致测量出 现误差。 •: G9 u0 `8 u& u* R
(1) 环境因素。8 _% F+ d) f, i9 ]
    因为蓝光扫描系统在扫描过程中需要打光删到 零件表面,而温度、湿度、甚至光照等环境因素都会影 响光删。一般来讲,温度通常应该控制在-10t~ 50尤,相对湿度小于65%,扫描时候尽量在日光灯和 自然光源下面,尽量避免在强光下扫描。" \+ `, i& t5 W* u# |1 u
(2) 零件本身的因素。7 A5 `; D* t8 d, E" B9 R& J
    产品本身的形状、材料、颜色、粗糙度等对光的反 射和吸收有较大的不同,尤其是零件表面的粗糙度和 折射率,比如,当在不喷显影剂的情况下扫描反光件, 则会导致误差大大增加。
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 楼主| 发表于 2019-8-5 11:25 | 显示全部楼层
(3) 贴标定纸的方式。- w) |9 w7 k/ D1 `( c" w/ M
    在扫描过程中,当选择自动拼接方式时,需要在 扫描件上贴上标定点。在贴标定点时,应该贴的牢 固、平整。值得注意的是,在贴的过程中,尽量把标定 点贴在物体表面上相对平坦的区域,而且切记不要刻 意的把标定点按规律排列。否则也会造成更多的累 积误差。
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