圖 1 多種輪輻
輪輻是汽車最重要的組成部件之一，對(duì)汽車行駛的安全性、整車外觀的美觀程度等具有重要的意義。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于汽車輪輻的要求也越來越高，如何通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和加工工藝，來不斷完善汽車輪輻的安全性和可靠性，延長(zhǎng)汽車車輪的使用壽命，已成為目前整個(gè)行業(yè)所最為關(guān)注的問題之一。本文將重點(diǎn)闡述如何利用節(jié)臂掃描儀完成車輪輪輻厚度的測(cè)量；通過該測(cè)量方法的使用，極大的提高輪輻厚度的檢測(cè)效率和可靠性，對(duì)同類零件的加工具有重要的指導(dǎo)作用。
輪輻，是車輪上連接輪輞和輪轂的部分，是保護(hù)車輪輪圈和輻條的重要裝置。為了減重同時(shí)保證輪輻的強(qiáng)度，輪輻通常采用等強(qiáng)度不同厚度的設(shè)計(jì)，多以鋼板作為坯料進(jìn)行加工。其加工方法是先將坯料通過旋壓方法，加工成設(shè)計(jì)好的形狀，然后再進(jìn)行沖孔和外形休整等工序。如何保證輪輻厚度的準(zhǔn)確性，將極大的決定了輪輻的強(qiáng)度和使用壽命，好的輪輻不僅可以保證汽車在行駛過程中的穩(wěn)定程度和安全性，更可以避免因?yàn)槟p而造成汽車輪胎出現(xiàn)問題的可能性。
圖2 掃描零件上固定鋼珠
在傳統(tǒng)的汽車零部件的檢測(cè)過程中，遇到厚度一類的問題時(shí)，比較常見的方法是采用千分表或者卡尺等傳統(tǒng)量具進(jìn)行測(cè)量，該方法在測(cè)量一些加工較好的平面時(shí)還可以勉強(qiáng)使用，但是在遇到輪輻這一類型面復(fù)雜，特別是有大量曲面的零件時(shí)，這一類的傳統(tǒng)方法就很難發(fā)揮作用了。而且，該方法往往只能測(cè)量部分點(diǎn)位置的厚度，不能全面反映零件的整體情況，因此已無法滿足現(xiàn)代化的加工工藝要求。那么該如何快速有效的完成這一類零件的厚度檢測(cè)要求呢？關(guān)節(jié)臂掃描儀的出現(xiàn)，剛好解決了這一難題。
關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)，是一種新型的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，具有精度高、體積小、重量輕、便于攜帶等特點(diǎn)。該設(shè)備對(duì)外界環(huán)境要求極低，可以0～50℃的環(huán)境中正常使用，并可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室以及車間現(xiàn)場(chǎng)等多種環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)式固定式三坐標(biāo)的全部功能，目前已被廣泛的應(yīng)用于汽車零件、工程機(jī)械、航空航天、運(yùn)動(dòng)器械，船舶重工等各個(gè)行業(yè)。關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)可根據(jù)測(cè)量尺寸的類型不同，從而配備硬測(cè)頭或者激光掃描測(cè)頭進(jìn)行檢測(cè)。在測(cè)量輪輻厚度時(shí)，由于我們希望得到全面而完整的數(shù)據(jù)，因此配備激光掃描測(cè)頭的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)將是我們測(cè)量時(shí)的首選設(shè)備。
圖3 掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的正反兩面
點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描過程
要對(duì)輪輻零件的厚度做出準(zhǔn)確的評(píng)估，我們必須先獲取完整的輪輻點(diǎn)云數(shù)據(jù)?？紤]到輪輻類零件的加工尺寸以及精度要求，我們可以選擇ROMER RA7525SI系列測(cè)量機(jī)來進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取。如果有合適的裝卡工具，我們可以將產(chǎn)品豎起固定輪輻兩側(cè)，從而一次完成全部數(shù)據(jù)的掃描；如果不方便裝卡，我們可以在輪輻表面使用熱熔硅膠固定三個(gè)鋼珠，鋼珠需要固定在零件翻轉(zhuǎn)兩面進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描時(shí)均能掃到的位置，這樣通過兩次掃描獲取零件正反兩側(cè)的完整數(shù)據(jù)。
圖 4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)封裝后得到的三角網(wǎng)格面
點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接
在Geomagic Qualify軟件中，先將掃描的兩片點(diǎn)云數(shù)據(jù)上的鋼珠作為球體定義好，將其中一片數(shù)據(jù)定義為參考基準(zhǔn)，另一片數(shù)據(jù)定義為測(cè)試數(shù)據(jù)，使用基于特征基準(zhǔn)對(duì)齊的方式，將球體一一對(duì)應(yīng)好，將數(shù)據(jù)拼接完成，并合為一個(gè)整體數(shù)據(jù)，同時(shí)將不再需要的鋼珠部分的數(shù)據(jù)刪除。
點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和坐標(biāo)系的建立
Geomagic Qualify軟件可以做掃描數(shù)據(jù)的厚度分析，但是需要將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)化為面格式。我們可以先將點(diǎn)云數(shù)據(jù)做噪音點(diǎn)降噪處理，然后再保留邊緣數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)過濾采樣，最后再通過封裝命令，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三角網(wǎng)格面格式，其數(shù)據(jù)可以保存為STL格式。
在封裝后的數(shù)據(jù)上將底面創(chuàng)建成平面特征，同時(shí)將中心孔創(chuàng)建為圓特征，同時(shí)在底面平面上按需要獲取一個(gè)點(diǎn)特征，將創(chuàng)建的圓心與點(diǎn)構(gòu)造為線特征。然后創(chuàng)建坐標(biāo)系，平面可以創(chuàng)建為XY平面，直線創(chuàng)建為正X方向，圓心定義為原點(diǎn)，則坐標(biāo)系建立。
圖5 每隔1mm取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)做厚度分析
厚度分析
在做輪輻曲面厚度分析時(shí)，我們可以過當(dāng)前坐標(biāo)系中心，按照每隔1mm的間距，取指定截面與零件表面的交點(diǎn)，然后再求每一個(gè)交點(diǎn)與其背面對(duì)應(yīng)的矢量點(diǎn)之間的距離，即為所求厚度。例如，我們要求過當(dāng)前坐標(biāo)系XOZ平面每隔1mm間隔點(diǎn)的厚度時(shí)，需首先在軟件中創(chuàng)建【點(diǎn)位置集】，修改【間隔】和【原點(diǎn)】位置，將我們所要的點(diǎn)的位置創(chuàng)建出來。由于創(chuàng)建截面與零件表面的上下兩側(cè)都會(huì)有交點(diǎn)，因此我們此時(shí)需要更改格柵選項(xiàng)，僅保留正Z方向的交點(diǎn)即可。
在軟件中選擇【厚度】分析選項(xiàng)，再選擇【加載位置集】，此時(shí)可以導(dǎo)入剛才創(chuàng)建的每隔1mm間隔的分析點(diǎn)來，根據(jù)不同的公差要求，設(shè)置好相應(yīng)測(cè)色差圖譜的公差帶后，軟件可以自動(dòng)加載相應(yīng)點(diǎn)的厚度，并在數(shù)據(jù)圖上標(biāo)注出相應(yīng)點(diǎn)的位置來。如果有多個(gè)截面需要分析，可以再一一加載即可。
圖6 創(chuàng)建點(diǎn)位置集
關(guān)節(jié)臂掃描儀的選擇
ROMER品牌的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)，具有RA71/RA73/RA75等多個(gè)不同價(jià)位不同精度的機(jī)器型號(hào)，其測(cè)量范圍從1.5m至4.5m不等，在測(cè)量時(shí)可以根據(jù)零件的大小，選擇合適規(guī)格的設(shè)備。激光掃描測(cè)頭同時(shí)也具有內(nèi)置RS，以及外置CMS 108等多個(gè)型號(hào)可以選擇，其中SI系列測(cè)量機(jī)已可以滿足輪輻類零件的測(cè)量，但是如果同時(shí)有其他更高精度的零件尺寸測(cè)量要求，或者需要掃描高亮度或者純黑色之類較難掃描的零件時(shí)，也可以選擇CMS 108這樣的高端產(chǎn)品。RS系列激光頭的掃描速度為50000點(diǎn)/秒，工作距離為150mm，其景深為100mm，具有根據(jù)掃描零件不同的材質(zhì)自動(dòng)曝光獲取曝光系數(shù)的功能，可以很好的完成各類材質(zhì)零件的掃描。
圖7 軟件中選擇厚度分析選項(xiàng)
總 結(jié)
本文采用的關(guān)節(jié)臂掃描儀掃描輪輻零件數(shù)據(jù)，再通過Geomagic Qualify軟件做厚度分析的方法，可以方便快捷的進(jìn)行所需位置厚度的分析，數(shù)據(jù)全面可靠，很好的解決了輪輻厚度在測(cè)量上所遇到的難題，從而保證了車輪零件的可靠性和安全性，值得推廣?！?/p>
圖8 不同位置的分析點(diǎn)厚度
