CN105493087B - 产生描述位于三维成形部件表面上的箔片的数据组的方法 - Google Patents

Abstract

用于产生用来对位于一个三维成形的部件表面上的箔片进行描述的数据组的方法，其中使用通过一个箔片的流变性能的计算机辅助的模拟和建模测定的、相对于变形之前状态的变形之后的层厚度分布的数据，以便改变对变形后的、即成形于该部件表面上的箔片的微观结构的进行描述的数据。

Description

产生描述位于三维成形部件表面上的箔片的数据组的方法

技术领域

本发明涉及一种用于产生描述位于三维成形的部件表面上的箔片的数据组的方法，其中该箔片在铺设到该部件上之前设置有一个微观结构(即一个可见的精密结构)、尤其一个压花或印痕，并且在生产该部件时参照其最初的且铺设到该部件表面上之前存在的尺寸和厚度分布呈三维地拉伸和延展，该拉伸和延展是通过在适当时在提供压力和热量的情况下贴靠到该部件表面处，其中首先通过在铺设到该部件表面上时箔片材料的流变性能的计算机辅助的模拟和建模，测定通过平行于箔片平面的拉伸和延展并在层厚度方面(即在所有三个轴中)实现的箔片的几何形状的改变，并且以第一数据组的形式来提供。

背景技术

人们通常可以看到作为在汽车内部空间中的表面设置有例如热塑性箔片的三维成形部件表面。这些箔片经常设置有同样微观三维构造化的上表面(压花、印痕)，其中已经在一个先前的成型步骤中设置有表面结构的箔片受另一个后续成形的处理步骤影响，尤其是一个成型的深拉，其中该箔片获得其部件形式。

该先前的成型步骤(其中该箔片设置有一个表面结构)通常由冲压方法构成。在此情况下，人们当然了解包括深拉在内的一系列作为后续的成型的处理步骤的变形方法，例如热成型、压力层压、后注塑(Hinterspritzen)、阴模热成型(IMG in-mould graining)，在该箔片被压向模具并且获得其部件形式。

带有一个三维构造化的冲压的表面(即大致由塑料构成的有花纹的、有图案的或精密结构化的模制表皮)的热塑性箔片作为物体的表面广为人知并且例如被用于车辆的内衬板，在此经常作为相对柔软的下起泡的

箔片，即所谓的泡沫箔片，以舒适的触感大致用于仪表板或车门的内壳等的衬板。这些箔片以相应的强度和样式的匹配自然也被用于其他优质的涂覆产品。

在现有技术中已知用于产生这些模制表皮的不同的方法，例如用于产生“环形的”箔片轨道的辊轧方法或也用于产生单独的工装模制表皮的方法。然而，在此还要提及如下的辊轧方法，其中一个热塑性箔片借助于一个压花辊而设置有表面结构。

本领域技术人员已知在以下变形方法方面的问题：在将一个箔片铺设到一个三维的部件上时，即大致在一个拉伸过程中，其中一个设置有统一的印花表面的箔片被拉入一个模具(深拉)或通过一个固定的载体或基体张紧，这当然会使箔片发生巨大的变形。在此，通过单独的表面区域之间的变化的距离能够产生扭曲，这种扭曲作为不规则性会立刻引起观察者的注意。由于在汽车内部空间区域内可以观察到改善观感质量的强大趋势，这些不规则性越来越不为人们所接受。

即，必要的是提前就已经知道是否能够出现这些不规则性，由此然后以此方式使该制造过程和设计能够与压印和变形相匹配，使得通过单独的表面区域之间变化的距离尽可能不产生扭曲。

为此，通常产生箔片涂覆部件的实体的原型，这些原型然后经常与该汽车制造商一起被进行评估并且在出现故障时总是再一次用经改变的参数作为单独零件并且经常以手工操作而高耗费地进行生产并且再次受到检查。当然，这种对最终完成的实施方式的探索是十分高耗费并且昂贵的。

一段时间以来，随着自动化和计算机辅助的发展，人们也在制造领域并且在此也在原型制造中尝试使用计算机辅助的方法，这些方法在模型计算或模拟的范围内实现这些原型部件在显示屏上的可视化。

目前的现有技术在此类互动式汽车内部空间表面的可视化领域内实现例如材料/材料表面的照明模拟。能够确定和示出颜色以及光泽特性。这种虚拟的材料特性作为理论模型的参数或通过明确的测量来确定。

此外，汽车的作为CAD模型存在的部分可以用纹理，即用自然的或工艺的微观结构的模型，如皮革、木材、沙子、抛光的金属表面、雕版等覆盖，这在表面上获得了一种精密结构的印象。为此要提及作为示例性方法的“凹凸贴图(Bump Mapping)”，这种方法使用纹理深度信息，以便使观察者获得微观结构的一种三维的效果并且被视为当今许多的解决方案的基础。

纹理的用途形成相对于该精密结构的明确的3D建模的一种折中，然而，这种折中能够实现对整个汽车内部空间的互动式观察，因为通过这种方法减少了待管理的数据量。

在汽车内部空间的绷有箔片的部件方面，现有技术为在该生产过程中并且在紧接着对这些数据的使用(用于在虚拟的部件上的纹理的正确定位)中对一个箔片样式的局部变形进行检测。在这种情况中，使用一个已知表面的数字表示(“扫描”)作为纹理(参见：针对性地形成表面特性(

gezielt gestalten)，汽车材料(Automotive Materials)，第2期，2007号，第29至33页)。

然而，该实际的视觉印象在此不利地示出为，比在一个实体-自然的部件表面的情况下用一个变形的并且设置有压花的箔片所产生的有所不足。在该虚拟的部件的生产过程的影响到目前为止尤其只通过局部的标度表示。这由不均匀的部件表面以及绷接工艺(Bespannungsprozesses)的时间过程(例如热成型)产生。

发明内容

本发明的基本目的在于，实现绷有箔片的部件的改善的可视化并且以此方式完全放弃在存在疑问的情况下总是需要的原型制造并且实现设置有微观结构的箔片的部件的可视化质量，这种可视化如此接近实体-自然的部件表面的外观，使得不用原型就可以作出生产决策。本目的是通过主权利要求的特征来实现的。从属权利要求公开了其他的有利的设计。

在此，首先从测量拓扑提供第二数据组，该第二数据组代表在未成形的状态下且铺设到该部件上之前的箔片的微观结构或压花或印痕的最初的拓扑并且由高度和深度信息组成。一般而言，这种宏观结构、压花或印花结构从视觉测量现在以深度图的形式存在。

现在这种方法在于，通过铺设到该部件表面上时箔片材料的流变性能的模型和该箔片的改变，用通过该微观结构影响的全局的和局部的几何变形在所有三个轴中确定变更数据，以便确定在铺设箔片时的过程参数和箔片微观结构。

这样，人们例如在一个带有该建模的深拉部件的情况下测定每个质点的位移向量并且由此测定在铺设前平面式/平坦的和以一个预先给定的层厚度存在的箔片的每个几何位置/点，该箔片描述在“平面式/平坦的”状态中的质点与在“变形”的状态中的同样的质点之间的相关性。由此人们也可以在所有的部件点处得到变形的箔片的层厚度和从属的地点与在最初存在的平面的箔片的相同地点和层厚度的指派关系。

存在作为模拟的结果计算出的并且在第一数据组中输出的数据，该数据针对最终的且铺设到该部件表面之后存在的箔片的层厚度的分布和位置(是位置正确的并且相对于该未成形的箔片的层厚度)。

根据本发明，目前这种通过计算机辅助的流变性能的模拟和建模测定的第一数据组的数据以如下方式被用于改变第二数据组，使得该第二数据组的高度和深度信息在考虑到平行于箔片平面的拉伸和延展的情况下位置正确地/局部地借助于从这些模拟结果中测定的、针对层厚度的数据而被换算为或匹配于与经改变的层厚度一致地改变的高度和深度信息并保存在一个第三数据组中。

一般而言，这些高度和深度信息的改变当然在于由在拉伸情况下实现箔片的变薄而导致的降低。例如，这意味着，这些箔片区域按照模拟在铺设到该部件后具有一个更小的箔片厚度，其中从该箔片的结构深度/微观结构深度测定的在“平面式/平坦的”状态中在铺设前包含的数据相应地减少。此后，该第三数据组的计算出的“新”的高度和深度信息作为在铺设到该部件上之后改变的箔片的新微观结构添加/叠加到该第一数据组和在必要时用于在一个屏幕上形成可视显示的部件几何形状。根据本发明，对该有微观结构的表面进行修改以用于可视化并且将这种修改根据通过模拟方法计算的材料迁移在变形过程中在反向耦合(Rückkopplung)的意义上进行叠加。

由此，通过此施加，该箔片的厚度分布的改变是对于该箔片的同样存在的微观结构的改变的度量。

由此，在将一个箔片铺设到一个三维的部件上时，能够出人意料地在一个相对简单的步骤中考虑到和可靠地形成在一个非线性的变形工艺流程中的各种各样的改变，相反，关于例如一个基于FEM算法的所有效果的严格的数值计算可能在计算时间和计算能力方面要求非常高的耗费。

这涉及到一种方法，其中使用通过一个箔片的流变性能的计算机辅助的模拟和建模测定的、相对于变形之前状态的变形之后的层厚度分布的数据，以便改变在显示一个原型时的箔片的微观结构的可视数据。

根据本发明，依赖于通过流变性能的建模测定的层厚度改变，用于可视化的参数的改变方式也能够涉及光泽或颜色特性以及微观结构几何形状的非线性变形，尤其在箔片(泡沫、面漆和漆)的通常的多层构造的情况下。通过考虑这些效果能够保证，能够将对应于与该箔片的所有构造参数相关的真实生产过程的影响所示出的部件来绘图。

于是，一个有利的改进方案在于，该第二数据组的高度和深度信息在考虑到平行于箔片平面的拉伸和延展的情况下位置正确地/局部地借助于从这些模拟结果中测定的、针对层厚度的数据而以此方式被换算为或匹配于与经改变的层厚度一致地改变的(减少的)高度和深度信息，使得该箔片在该微观结构的谷区域的拉伸/延伸的数据与该微观结构的高点的相应的数据相比以基于知识(wissensbasiert)测定的因子改变并且这些换算的数据然后保存在该第三数据组中。

术语“基于知识”在此指的是在变形的情况下材料性能的转换为数据的经验数值的使用，在此关于在变形的情况下的可由压花结构识别的缺口效应(Kerbwirkung)，其中一个压花或宏观结构的这些“谷

”需要比该结构的“脊(Hügel)”或高的部分更强烈地延伸和施加应力。这导致，在真实和计算的该箔片的材料变薄的情况下，在形成局部差别的情况下实现该微观结构的改变(这种改变在模拟过程中不能仅仅通过计算预测)，使得该表面的外观在变形后仅通过经验获得的数据来验证并且由此示出为，使得也在屏幕上出现一个部件表面，该部件表面非常接近一个实体-自然的部件表面。

另一个有利的设计在于，从在不同的光入射下的表面反射的测量并且依赖于这些位置正确地配属的高度和深度信息来提供一个第四数据组，该第四数据组代表依赖于微观结构的最初的拓扑、在该铺设到该部件上之前存在的反射特性，并且作为模拟的结果计算出的并且在第一数据组中输出的、针对最终的和铺设到该部件表面之后存在的箔片的层厚度的分布和位置的数据在使用一个基于知识的数值/因子的情况下以如下方式叠加地被用于改变该第四数据组，使得该第四数据组的、代表反射特性的反射数据被加和/叠加到该第三数据组上以便在屏幕上可视地显示。

如上文已经说到的那样，用于可视化的其他参数(这些参数代表多个单独的箔片层的例如非线性变形曲线或材料迁移特性)依赖于通过该流变性能的建模测定的层厚度改变而改变。因此，例如与覆盖层相比不同地变形的由泡沫材料构成的箔片底层在其可视化中是基于知识地可变的。

相同的情况也适用于色彩层或油漆，这些根据本发明在其可视化数据中能够改变。因此，例如已经根据经验测得，在具有高延伸和由此层厚度减少的区域中漆变得光亮并且颜色印象改变。当然，能够从物理方面描述这些效果(裂纹结构、分子链的改变和其反射和吸收特性等)，然而数据量和运算能力对于这些效果的关于材料变形的换算是必要的，这些数据量和运算能力是几乎不可得的。此外，关于例如一个基于FEM算法的严格的数值计算可能要求非常高的时间耗费并且使可视化变得不经济。

尤其适合的是，如上文已经陈述的，这些数据用于在屏幕上或在显示器上可视地显示位于一个三维成形的部件表面上的箔片的原型。

根据本发明产生的数据组能够同样有利地用于控制或操作一个打印机，尤其3D打印机，使得可以在纸上可视地显示一个原型或也可以在3D打印机上制造一个模型，例如也以经改变的标准向顾客运输样品。

Claims (8)

1.用于产生描述位于三维成形的部件表面上的箔片的数据组的方法，

-其中该箔片在铺设到该部件上之前设置有一个微观结构，并且在生产该部件时参照其最初的且铺设到该部件表面上之前存在的尺寸和厚度分布呈三维地拉伸和延展，该拉伸和延展是通过在提供压力和热量的情况下贴靠到该部件表面处，

-其中首先通过铺设到该部件表面上时箔片材料的流变性能的计算机辅助的模拟和建模，位置正确地测定通过平行于箔片平面的拉伸和延展并在层厚度方面实现的、箔片的几何形状的改变，并且相对于呈一个第一数据组的形式的、未变形的箔片的层厚度，作为针对最终的且铺设到该部件表面之后存在的箔片的层厚度的分布和位置的数据来提供，

其特征在于，

-从拓扑的测量提供第二数据组，该第二数据组代表在未变形的状态下且铺设到该部件上之前的箔片的微观结构的最初的拓扑并且由高度和深度信息组成，

-作为模拟的结果计算出的并且在第一数据组中输出的、针对最终的且铺设到该部件表面之后存在的箔片的层厚度的分布和位置的数据相对于该未变形的箔片的层厚度以如下方式被用于改变第二数据组，使得该第二数据组的高度和深度信息在考虑到平行于箔片平面的拉伸和延展的情况下位置正确地/局部地借助于从这些模拟结果中测定的、针对层厚度的数据而被换算为或匹配于与经改变的层厚度一致地改变的高度和深度信息并保存在一个第三数据组中，

-之后，该第三数据组的这些以此方式计算的高度和深度信息作为铺设到该部件上之后的箔片的新的微观结构叠加到该第一数据组上，

-其中该第二数据组的这些高度和深度信息在考虑到平行于箔片平面的拉伸和延展的情况下位置正确地/局部地借助于从这些模拟结果中测定的、针对层厚度的数据以如下方式被换算为或匹配于与经改变的层厚度一致地改变的高度和深度信息：使得在微观结构的谷范围内针对该箔片的延展/拉伸的数据与针对该微观结构的高点的相应的数据相比以一个基于知识测定的因子改变，并且然后将这些换算的数据保存在该第三数据组中，所述基于知识是在变形的情况下材料性能的转换为数据的经验数值的使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微观结构为压花或印痕。

3.根据权利要求1所述的方法，其中

-从在不同的光入射下的表面反射的测量并且依赖于这些位置正确地配属的高度和深度信息来提供一个第四数据组，该第四数据组代表依赖于宏观结构的最初的拓扑、在该铺设到该部件上之前存在的反射特性，

-作为模拟的结果计算出的并且在第一数据组中输出的、针对最终的且铺设到该部件表面之后存在的箔片的层厚度的分布和位置的数据在使用一个基于知识的数值/因子的情况下以如下方式叠加地被用于改变该第四数据组，使得该第四数据组的、代表反射特性的反射数据被叠加到该第三数据组上以便在屏幕上可视地显示，所述基于知识是在变形的情况下材料性能的转换为数据的经验数值的使用。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法产生的数据组的数据的用途，用于在显示器上可视地显示位于一个三维成形的部件表面上的箔片的原型。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法产生的数据组的数据的用途，用于操作打印机并且用于借助可视地显示位于一个三维成形的部件表面上的箔片的原型来打印一个平坦的载体。

6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述平坦的载体为纸。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法产生的数据组的数据的用途，用于操作3D打印机来生产一个原型。

8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述原型为位于一个三维成形的部件表面上的箔片的按比例改变的原型。