文/石旭東·北京奔馳汽車有限公司

藍光掃描技術(shù)目前已經(jīng)是一項相對成熟的技術(shù)，其在汽車制造行業(yè)得到普遍應(yīng)用。該設(shè)備在汽車模具制造廠主要應(yīng)用于鑄件毛坯檢查，而在汽車主機廠主要用于零件的質(zhì)量監(jiān)控。

在汽車主機廠，沖壓模具一直是沖壓工廠的核心，維護模具并使其持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的零件是沖壓工藝技術(shù)團隊的主要任務(wù)。隨著模具周邊相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，模具的日常維護工作也逐漸在從傳統(tǒng)的以鉗工為主的手工維修轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)控技術(shù)為主的機械化維修。

BBAC作為汽車主機廠，為提高模具日常維護質(zhì)量，于2017年引入3+2軸龍門銑床，之后，該設(shè)備在協(xié)助模具維修工作中發(fā)揮了重要作用。但是，在使用過程中我們也發(fā)現(xiàn)了一個非常棘手的問題，即模具的加工數(shù)據(jù)和實物不匹配。由于數(shù)控機床的動作完全受到加工數(shù)據(jù)的驅(qū)動，所以加工數(shù)據(jù)和實物不匹配的問題極大限制了數(shù)控機床的應(yīng)用范圍。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)造成數(shù)據(jù)不匹配的主要原因是：模具在模具廠加工完畢后，需要經(jīng)歷多次手工優(yōu)化和調(diào)試才能達到交付標準，但這種手動更改無法同步反饋到已有的加工數(shù)據(jù)上，才最終造成了數(shù)據(jù)不匹配問題。同時，很遺憾受限于現(xiàn)有的生產(chǎn)制造流程和條件，這種在交付階段的手動更改無法完全規(guī)避。

針對上述問題，為了進一步提高數(shù)控設(shè)備參與模具日常維修的比重，提高模具維修質(zhì)量，解決數(shù)據(jù)不匹配問題，BBAC于2018年引入GOM藍光掃描設(shè)備。本文主要針對藍光掃描技術(shù)在模具維護中的應(yīng)用進行闡述。

設(shè)備介紹

基本原理

BBAC使用的是GOM的ATOS II TRIPLE SCAN，ATOS測量系統(tǒng)以三角測量原理為基礎(chǔ)，將每個測量點提取到某一準三角測量里，在測量時，ATOS測量頭投射條紋到物體上兩個相機都攝取得到的地方，該攝像頭每次測量都能生成多達1,600萬個高精度三維點。

此外，該設(shè)備配置了1個投影頭和左右共2個相機，如圖1所示；通過系統(tǒng)標定，軟件事先已知左右相機和投影頭的角度關(guān)系，通過條紋投影，如圖2所示；只要有其中一個相機看到的區(qū)域就能完成圖形信息采集，三重掃描原理如圖3所示；此功能大大提升了下凹區(qū)域的掃描效率。

圖1 ATOS II 掃描頭

圖2 有參考點和條紋投影的測量物

圖3 三重掃描原理

精度提升

由于模具的加工都是以0.01mm為最小單位進行更改，藍光掃描精度問題是我們使用該設(shè)備非常關(guān)注的一個方面。通過我們在使用過程中不斷的摸索，總結(jié)了大量的經(jīng)驗，對于精度提升有以下幾個主要方面需要特別關(guān)注：

⑴設(shè)備本身精度。設(shè)備本身精度是保證掃描結(jié)果準確的基礎(chǔ)。首先，要清楚設(shè)備的標稱精度，再和測量需求進行對比，就能提前判斷我們的設(shè)備是否能滿足測量要求。其次，掃描設(shè)備需要定期的校準和保養(yǎng)，以保證精度不會因長時間使用而下降。最后，在設(shè)備使用過程中，要準確填寫環(huán)境溫度，如果環(huán)境溫度與標定溫度溫差超過5℃，需要及時重新標定掃描頭，如圖4所示。

圖4 掃描頭標定

⑵參考點布置需要考慮對稱和均勻，條件允許的情況下，做到多路徑對稱路徑鏈接，從而提高多張照片的拼接質(zhì)量，減少累積誤差，如圖5，圖6所示。

圖5 不合理的編碼點布置路徑

圖6 合理的編碼點布置路徑

⑶優(yōu)化掃描零件的支撐工況，減少模具彈性變形造成的掃描誤差。經(jīng)過實驗確認，零件因支撐工況不一致使彈性變形量發(fā)生變化時導(dǎo)致掃描精度不穩(wěn)定，是掃描數(shù)據(jù)無法很好支持數(shù)控加工的主要原因。其影響數(shù)量值在0.2mm左右，最大值可達到0.4mm。

解決方案：圖7為專用的藍光掃描平臺，平臺具備調(diào)平功能，這樣零件放置在掃描平臺上實施掃描的狀態(tài)與放置在機床臺面實施加工的狀態(tài)基本一致，可將精度提高至0.1mm以內(nèi)。

圖7 藍光掃描平臺

設(shè)備應(yīng)用案例

藍光掃描技術(shù)在沖壓工廠針對模具的應(yīng)用有著自己的特點，以下我們分別介紹幾個典型的應(yīng)用場景和案例，以說明其有別于主機廠和模具廠的使用特點。

⑴日常維護、持續(xù)改進、設(shè)計變更。

在主機廠，針對系列化生產(chǎn)的模具，大量的加工制造不再是主題，而是以日常維護工作為主，同時根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計變更、日常生產(chǎn)表現(xiàn)、后工序零件裝配情況等可能會實施持續(xù)優(yōu)化工作或者工程更改。前文提到過，模具更改最大的問題是數(shù)據(jù)不匹配，藍光技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了這個痛點，通過對模具進行掃描，可以獲得實際模具的數(shù)字化信息，進而在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實施更改。其實施過程如圖8所示。

圖8 實施過程流程圖

⑵輔助裝配。

藍光掃描設(shè)備，可以基于掃描數(shù)據(jù)實現(xiàn)虛擬裝配，通過軟件分析提前發(fā)現(xiàn)裝配過程中的干涉點，如圖9所示。觀察功能面配合狀態(tài)，指導(dǎo)鉗工去除干涉區(qū)域以及功能面的研配方向。圖10是某套模具的滑車機構(gòu)在更換備件的過程中因局部干涉導(dǎo)致無法正常裝入，如果沒有藍光掃描介入，鉗工需要反復(fù)安裝，并觀察發(fā)生干涉的區(qū)域，分多次手動去除。本次我們分別對新、老滑車進行了掃描，通過數(shù)據(jù)對比找到了鑄件的不吻合區(qū)域，同時，利用該設(shè)備的反投影技術(shù)，準確的在新滑車上標示了需要去除的區(qū)域，之后，借助數(shù)控設(shè)備快速完成干涉去除工作，最終，新滑車順利裝入完成替換。

圖9 干涉區(qū)域分析

圖10 干涉區(qū)域標示

⑶模具復(fù)制。

主機廠因模具意外損壞或因模具鑄件缺陷造成頻發(fā)生產(chǎn)問題，有可能會重新復(fù)制模具，如圖11所示。模具復(fù)制相對于模具制造有著更高的要求，其本質(zhì)區(qū)別在于我們制作的新模具不再是要求和加工數(shù)據(jù)一致，而是要與已有的在產(chǎn)模具一致，以保證新模具能夠快速的投入生產(chǎn)，同時保證生產(chǎn)出的零件與原有零件各方面尺寸和形狀參數(shù)保持高度一致。此時，我們也是借助藍光掃描設(shè)備獲得現(xiàn)有模具的數(shù)據(jù)，并逆向成曲面，如圖12所示，再基于此數(shù)據(jù)進入正常的加工制造環(huán)節(jié)。

圖11 模具復(fù)制加工

圖12 機蓋掃描逆向數(shù)據(jù)

⑷數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)。

藍光設(shè)備引入后，我們針對交付的模具，會對成形敏感的拉延工序進行全面掃描，并留存數(shù)據(jù)，如圖13所示。當零件質(zhì)量發(fā)生波動時，再次對模具進行掃描，通過與之前留存的數(shù)據(jù)對比，可以輔助分析零件質(zhì)量波動的原因，同時，依托留存的數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)控機床對模具狀態(tài)進行快速的恢復(fù)。

圖13 頂蓋備份數(shù)據(jù)

結(jié)束語

藍光掃描技術(shù)在模具日常維護中發(fā)揮了極其重要的作用，切實解決了數(shù)據(jù)不匹配的痛點，直接提升了數(shù)控銑床的利用率，提高了模具維護質(zhì)量和效率，推動了模具維護向智能制造的方向轉(zhuǎn)變。