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一、概述
沖壓成型和注塑成型是汽車零部件制造的基本手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車制造中有70%～80%的零部件需經(jīng)模具成型。汽車外飾件大都采用沖壓成型，而內(nèi)飾件多采用注塑成型。因此，沖壓和注塑工件的制造工藝水平及質(zhì)量，對(duì)汽車制造質(zhì)量和成本有直接的影響。
模具是沖壓和注塑成型的關(guān)鍵工具， 模具制造成本和周期對(duì)汽車的制造成本以及新產(chǎn)品的開發(fā)周期有重要影響。目前，國(guó)外汽車界提出縮短產(chǎn)品的市場(chǎng)化周期、降低產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和減輕汽車質(zhì)量的發(fā)展戰(zhàn)略，其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是降低車身件模具的制造費(fèi)用和縮短生產(chǎn)周期。同時(shí)，模具制造技術(shù)也正向高效節(jié)能、安全清潔的生產(chǎn)方向發(fā)展。 將檢測(cè)設(shè)備貫穿在模具的制造環(huán)節(jié)中，能夠?qū)庸ぶ械哪＞哌M(jìn)行階段性的有效監(jiān)控和檢查，快速地反饋制造中的問題，為工程技術(shù)人員的工藝修改提供依據(jù)；將檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用在模具試制階段中，能夠?qū)μ摂M或?qū)嶋H的配合關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)模具合模狀態(tài)提前預(yù)警，大大縮短了制造周期，減少了制作成本；將檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用在模具驗(yàn)收階段中，可以以數(shù)字化的形式記錄模具狀態(tài)，存檔數(shù)據(jù)備份，從而為后期模具修改及精度恢復(fù)提供原始根據(jù)。
由此可見，適用于模具生產(chǎn)環(huán)境及制造工藝要求的檢測(cè)設(shè)備，在模具的整個(gè)制造環(huán)節(jié)中是非常重要的。因?yàn)槟＞叩臋z測(cè)或問題診斷，往往發(fā)生在制造過程中，而且模具重量一般較大不易搬離，因此除測(cè)量功能需滿足檢測(cè)要求以外，檢測(cè)設(shè)備還要具備能夠在焊接、，沖壓等惡劣環(huán)境條件下工作，而且具有可移動(dòng)的功能。
二、白光拍照測(cè)量技術(shù)及主要應(yīng)用
近年來，工業(yè)測(cè)量不再只局限于局部點(diǎn)及形位公差的測(cè)量，而是在此基礎(chǔ)上更側(cè)重于最終產(chǎn)品的外觀形狀的質(zhì)量控制, 因此光學(xué)測(cè)量技術(shù)以其測(cè)量數(shù)據(jù)的完備性，測(cè)量及分析方法的多樣性而在工業(yè)測(cè)量中占有越來越重要的地位。作為光學(xué)測(cè)量的一種，白光拍照式測(cè)量設(shè)備則以其高效率，便攜性的特點(diǎn)在模具制造中應(yīng)用尤為突出，得到越來越多的關(guān)注。
拍照式測(cè)量機(jī)Cognitens WLS400，提供了一個(gè)多功能的測(cè)量平臺(tái)，可在工業(yè)制造尤其是汽車試產(chǎn)和量產(chǎn)階段完成焊裝夾具和模具的開發(fā)試驗(yàn)、零件和總成件的校準(zhǔn)以及復(fù)雜的根源分析。
Cognitens WLS400由一個(gè)投影鏡頭及三個(gè)拍照鏡頭組成，采用高速單幅立體成像與無規(guī)則點(diǎn)陣投影相結(jié)合的技術(shù)，三個(gè)拍照鏡頭可以在0.01s之內(nèi)快速捕捉投影鏡頭所投射在工件表面的圖像，并通過特有的算法重構(gòu)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而在軟件中形成標(biāo)準(zhǔn)的三維檢測(cè)報(bào)告。由于高頻快門數(shù)據(jù)采集時(shí)間極短，毫秒之間即可從測(cè)量物體表面獲取數(shù)據(jù)信息，測(cè)量性能不受振動(dòng)、工業(yè)照明或溫度變化的影響,且其結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，從模具設(shè)計(jì)開發(fā)到完善再到最后的模具上線的各環(huán)節(jié)，Cognitens WLS400均能對(duì)各種疑難問題提出綜合的解決方案。
三、拍照式測(cè)量機(jī)：快速完成型面測(cè)量與分析
拍照式測(cè)量機(jī)作為一種新型的型面測(cè)量技術(shù)，具有數(shù)據(jù)采集量大，效率高的特點(diǎn)。海克斯康集團(tuán)最早與美國(guó)通用汽車公司合作，已有5年多歷史將拍照式測(cè)量系統(tǒng) (Cognitens)用于汽車車身件的測(cè)量。不同于其他僅用于逆向工程的設(shè)備，新推出的WLS400的曝光時(shí)間小于千分之一秒，這得益于高靈敏度的成像器件和高速快門技術(shù)，將環(huán)境振動(dòng)的影響幾乎完全消除。因此也并不需要固定的相機(jī)三角架和工件的固定隔振。實(shí)際上，該系統(tǒng)是地道的手持設(shè)備，操作方便而可靠，這是生產(chǎn)車間使用的重要要求。該系統(tǒng)的另一顯著特點(diǎn)是不需要在工件上粘貼大量用于保證精度的參考目標(biāo)，僅有少量用于找正用途的參考點(diǎn)即可。 由于汽車模具和車身件的緊密關(guān)聯(lián)性，拍照式測(cè)量系統(tǒng)被用于模具行業(yè)，就是順理成章的事。通過在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下快速測(cè)量，有效地縮短了模具制造周期。尤其在現(xiàn)場(chǎng)修模、根源問題追溯中其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
以下列舉 WLS400白光測(cè)量設(shè)備在模具制造環(huán)節(jié)中的幾種典型應(yīng)用案例。 1. 毛坯件加工前智能逆向——防止空切及大進(jìn)刀量
眾所周知，模具的鑄造毛坯件因材料的收縮引發(fā)無法控制的變化量，所以粗加工余量往往是個(gè)不確定值。因此在實(shí)際的機(jī)加工過程中，毛坯件粗加工時(shí)無法避免空切（銑刀沒有實(shí)際加工到毛坯）和大進(jìn)刀量（銑刀銑削面積過大），導(dǎo)致浪費(fèi)機(jī)床工時(shí)，損傷機(jī)床部件和刀具。
拍照式測(cè)量機(jī)因其能快速的對(duì)毛坯的外表面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和智能逆向，生成STL三維三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并結(jié)合CAM軟件，快速設(shè)計(jì)出最合理的粗加工路徑，大大提高了機(jī)床的利用率（通過與北美荻原的合作分析提升約在20%左右），并對(duì)刀具和機(jī)床起到保護(hù)作用，大大降低了機(jī)床維護(hù)成本。
2. 模具調(diào)試階段的快速測(cè)量
眾所周知，模具型面是按零件的CAD數(shù)模加工而成的，但最終的要求是成型后的零件符合CAD數(shù)模，而并不是模具本身。因此反復(fù)大量的試模和修模是必不可少的，而且是影響生產(chǎn)周期的主要因素。這期間，對(duì)零件的型面測(cè)量是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)而細(xì)致的工作，拍照式測(cè)量系統(tǒng)則可以完美地完成這一任務(wù)。
由于拍照式測(cè)量機(jī)的高速性，可以實(shí)現(xiàn)快速的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，從而使原先的修模（紅丹粉試模→工人經(jīng)驗(yàn)修模）提升為數(shù)字化測(cè)量和加工模式（拍照式測(cè)量→精修模具），可以實(shí)現(xiàn)精確加工大大節(jié)約試模的時(shí)間。
3. 連續(xù)模各模之間的調(diào)整
在連續(xù)模的生產(chǎn)過程中，會(huì)用到類似裝配過程中的過程監(jiān)控。舉例來說，有一套四序模具，經(jīng)四步?jīng)_壓成型后可能發(fā)現(xiàn)最終結(jié)果不能滿足要求。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因有很多種，但是問題出現(xiàn)后的分析往往需要大量的試模過程和人工經(jīng)驗(yàn)判斷。
拍照式測(cè)量能同步記錄同一個(gè)零件在各工序間的變化過程，并可對(duì)應(yīng)任一工序的半成品中的任一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行橫向跟蹤分析。
當(dāng)四序模具在成品件部分發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，可回溯四序中任一工序找出問題所在，大大節(jié)省了試模材料和時(shí)間，并由以前只能依靠經(jīng)驗(yàn)的修改變成清晰而直觀的量化修改方式。
4. 小批量生產(chǎn)中的統(tǒng)計(jì)分析功能
對(duì)交付的模具產(chǎn)品，客戶并不完全關(guān)心和了解模具在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制手段，只關(guān)心兩點(diǎn)，即，零件的合格率（或稱PIST）以及模具的重復(fù)性（或稱R&R）。此項(xiàng)工作的核心是大量的數(shù)據(jù)測(cè)量，使用傳統(tǒng)的CMM測(cè)量效率極低。
拍照式測(cè)量技術(shù)能非常完美地解決了這個(gè)問題。首先，拍照式測(cè)量是一種面測(cè)量手段，也就意味10個(gè)測(cè)點(diǎn)和100個(gè)測(cè)點(diǎn)甚至1000個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量速度是一樣的，單個(gè)零件的測(cè)量速度大大高于傳統(tǒng)CMM測(cè)量。其次，白光測(cè)量的圖形化顯示和自帶的報(bào)告模板編輯能力使得PIST計(jì)算和小批量的R&R計(jì)算全部在程序內(nèi)部完成，提高了精確性。
5. 合模分析
為檢查上下模之間的間隙，需要進(jìn)行合模試驗(yàn)，這同樣是一件困難而耗時(shí)的工作。
采用WLS400 系統(tǒng)可以提供快速測(cè)量和數(shù)字化裝配，模擬合模效果。對(duì)上下模分別測(cè)量后，在系統(tǒng)提供的軟件中進(jìn)行數(shù)字裝配操作，就可以檢查任意截面上的間隙大小，為修模提供定量的依據(jù)。凸模/凹模測(cè)量數(shù)據(jù)見圖7。
6.成品數(shù)據(jù)保存
經(jīng)試模合格的最終成品模具，其面形往往早已偏離了最初的理論數(shù)模。為保證日后的復(fù)制和維修，必須作數(shù)據(jù)保存，這實(shí)際上是一個(gè)簡(jiǎn)單的逆向工程數(shù)據(jù)采集工作，用白光系統(tǒng)就可以非常容易地完成。
四、 結(jié)論
Cognitens WLS400白光測(cè)量作為一種新興的快速測(cè)量手段，特別適合型面測(cè)量。和其他同類測(cè)量方法相比，能在更惡劣的環(huán)境下使用(不怕振動(dòng)、車間粉塵及油污染），成為一種非常理想的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備。加上專業(yè)開發(fā)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易懂的圖形顯示，多種的報(bào)告及分析手段，將給模具行業(yè)帶來全新的測(cè)量控制手段，可完成工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、過程檢測(cè)、模具的設(shè)計(jì)與試制、現(xiàn)場(chǎng)根源分析和車輛試產(chǎn)支持等各種測(cè)量與檢測(cè)任務(wù)，從而在模具的生產(chǎn)加工過程中發(fā)揮越來越重要的作用。
〔撰稿人：海克斯康測(cè)量技術(shù)（青島）有限公司王晉、廖魯〕
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