CN109032074A - 一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法 - Google Patents

一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，具体涉及一种面向大屏手机金属中框机加工翘曲变形的外轮廓重构方法，属于机械切削加工技术领域。相比传统塞尺测量无法客观真实反映CNC特定工序引起的手机翘曲变形规律及变形量的缺点，可有效排除前道CNC加工变形的干扰；仅需测量外轮廓取样点的三坐标数据，即可实现手机中框三维变形重构，可视化强；测量次数少，成本低。

Description

一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法
技术领域
本申请提供了一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，具体涉及一种面向大屏手机金属中框机加工翘曲变形的外轮廓重构方法，属于机械切削加工技术领域。
背景技术
双面玻璃配合金属中框以其高信号穿透率、高光色泽、抗划痕、轻质等优点，成为大屏智能手机材质的发展趋势。以美国苹果公司生产的最新一代iPhone8/8Plus/X手机为例，其前后面板采用2.5D玻璃，中框为7075航空铝合金，美观、耐划、信号穿透率高。根据设计图纸要求，大屏手机金属中框内部用于放置主板、天线、电池等元器件，致使中框机加工祛除余量大，结构刚性差，极易产生翘曲变形，造成过程能力指数CPK低，废品率高。因此，如何准确检测手机金属中框真实变形规律及变形量，是解决翘曲变形的前提与基础。
翘曲变形是一个共性问题，研究与工程人员对翘曲变形的检测及控制方法开展广泛研究。公开号为CN107864261A的中国发明专利利用视觉成像系统将采集的手机中框外观图像输出至显示器上，以检测手机中框外观是否合格。公开号为CN105258651A的中国发明专利提供了一种PCB板翘曲变形检测方法，通过在PCB板上设置三个PCB定位点，取样设备对PCB板进行拍照取样，将取样照片中PCB板上的三个定位点围成的的三角面积或斜边边长与系统设置设定值进行对比，从而判定PCB板的变形与否。公开号为CN203964877U的中国实用新型专利提供了一种手机外壳翘曲变形自动检测系统，通过向位于水平工作台的手机外壳检测面发射光栅，将漏光量对应的电压值与基准电压相比较来判定手机外壳是否变形。公开号为CN105806197A的中国发明专利提供了一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置及检测方法，通过记录位于主尺滑块上的主尺测量表的读数来计算零件型面弯曲和翘曲变形量。
然而，手机中框机加工工艺复杂，往往需要多次装夹，每一次装夹引起的翘曲变形量将逐渐累积。传统塞尺测量法及上述专利所提供的变形测量方法，无法有效排除机加工多次装夹引起的变形累积干扰，更无法真实反映当前工序引起的三维变形规律及变形量。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法,解决针对传统塞尺测量无法客观真实反映特定CNC工序引起的手机翘曲变形规律及变形量这一难题。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤，
(1)沿手机中框外轮廓，将周长L等分n份，确定三坐标待测点的间距S＝L/n，其中，手机中框具有右棱边、顶边、左棱边、底边；
(2)沿手机中框外轮廓，每隔间距S设定取样点，分别测量手机中框A和B外轮廓上各取样点的三坐标数据值，分别记为SA＝{(XA1,YA1,ZA1),XA2,YA2,ZA2…XAn,YAn,ZAn和SB＝XB1,YB1,ZB1,XB2,YB2,ZB2…XBn,YBn,ZBn，其中，加工后的中框记为手机中框A，加工前的中框记为手机中框B；
(3)计算中框加工前后各测量点Z坐标差值ΔZn＝ZAn-ZBn(n＝1,2,3…)；
(4)判断步骤(3)中的手机中框底边各测量点的差值ΔZn是否为零，若80％以上的测量点的ΔZn∈(-0.01,0)∪(0,0.01)，进行步骤(6)；否则，进行步骤(5)；
(5)修正测量基准面，具体包括，
(5.1)取中框A的基准面外轮廓棱边上c,d,e,f四点，其中c,d分别为右棱、左棱边上ΔZn≈0的点，e为线段cd中点，f为底边中点；取中框B的底边中点为g点，
(5.2)根据步骤(2)得到的取样点三坐标数据集SA和SB，确定c,d,f,g四点坐标为(Xc,Yc,Zc),(Xd,Yd,Zd),(Xf,Yf,Zf),(Xg,Yg,Zg)，得到e点坐标计算点e和g之间距离Leg＝|Xe-Xg|，点f和g之间距离Lfg＝|Zf-Zg|，进而得到测量基准面扭转角度α＝±tan-1(Lfg/Leg)；
(5.3)进一步判断步骤(3)中的底边中各测量点差值ΔZn的正负，若ΔZn为负，则机加工后中框A的基准面顺时针扭转，基准面扭转角度α取正值；反之，则为逆时针扭转，α取负值；
(5.4)计算中框A上的各取样点在基准面上的投影与点c的横坐标距离δn＝∣XAn-Xc∣(n＝1,2,3…)，得到中框A基准面上各投影点沿Z方向的扭转距离γn＝δntanα；
(5.5)确定中框A基准面未发生扭转时的翘曲变形量εn＝ΔZn-γn，计算中框A外轮廓测量点修正坐标S′A＝{(XA1,YA1,ZA1-ε1),(XA2,YA2,ZA2-ε2…XAn,YAn,ZAn-εn；
(6)根据步骤(4)中的中框A外轮廓取样点坐标集SA或者步骤(5)中的修正后坐标集S′A，得到手机金属中框变形重构图。
优选地，步骤(2)具体为，将手机中框正面朝上装夹在三坐标测量仪的水平工作台上，以中框右棱边与底边交点为起始点，按逆时针方向，沿右棱边、顶边、左棱边、底边每隔间距S设定取样点。
优选地，步骤(6)具体为，根据步骤(4)中的中框A外轮廓取样点坐标集SA或者步骤(5)中的修正后坐标集S′A，导入MATLAB程序，得到手机金属中框变形重构图。
优选地，MATLAB程序如下，
x＝VarName1；
y＝VarName2；
z＝VarName3；
[X,Y]＝meshgrid(Xmin:1:Xmax,Ymin:1:Ymax)；
Z＝griddata(x,y,z,X,Y)；
mesh(X,Y,Z)；
plot3(x,y,z,'*')；
surface(X,Y,Z)。
优选地，所述的步骤(2)中手机中框A和B的三坐标数据取三次测量的平均值，单位：mm。
优选地，c,d,f,g坐标值分别取距离最近的取样点坐标值。
优选地，所述的步骤(7)程序中VarName是指Excel软件中用于存储坐标值数据的所在表单名称，x、y、z是取样点沿三个方向的坐标值；meshgrid函数是采样点函数，griddata函数是散乱点插值函数，依据棱边数据来插补中框曲面点；plot3函数将三维空间的点绘制成曲线；surface函数用来重构中框变形曲面。本申请的测量单位为mm。
本申请的一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，相比传统塞尺测量无法客观真实反映CNC特定工序引起的手机翘曲变形规律及变形量的缺点，可有效排除前道CNC加工变形的干扰；仅需测量外轮廓取样点的三坐标数据，即可实现手机中框三维变形重构，可视化强；测量次数少，成本低。
附图说明
图1为本发明手机金属中框外轮廓取样点划分及三坐标测量示意图。
图2为本发明手机中框CNC加工造成的测量基准面扭转示意图。
图3为本发明手机中框CNC加工前后的扭转角计算及测量点坐标关系示意图。
图4为本发明手机中框CNC加工前后的三维真实变形重构云图。
其中：1、中框右棱边；2、中框顶边；3、中框左棱边；4、中框底边；5、取样点；6、中框A测量基准面；7、中框B测量基准面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
针对小米公司某型号手机7075航空铝合金中框，分析CNC3内腔铣削工序引起的真实变形量，据此开设去应力槽，从而提高批量生产的过程能力指数CPK值。
应用本发明所述的方法进行手机中框翘曲变形重构，请结合参阅附图1、图2、图3和图4，具体步骤如下：
(1)准备手机金属中框试样，清洗干燥后，将其装夹在加工中心工作台上进行CNC3铣内腔工序，CNC3工序加工前的中框记为B，CNC3工序结束后得到的中框记为A,根据手机中框CNC3工艺流程卡片中的设计外轮廓周长L＝500mm，将手机中框沿外轮廓等分500份，确定三坐标待测点间距S＝L/n＝1mm。
(2)针对中框A和B，将其正面朝上装夹在三坐标测量仪的水平工作台上，如图1所示，以中框右棱边1与底边4交点为起始点，按逆时针方向，沿右棱边1、顶边2、左棱边3、底边4，每隔S＝1mm分别设定取样点160,90,160,90个，分别测量中框A和B外轮廓取样点的三坐标数据值，记SA＝{(XA1,YA1,ZA1),XA2,YA2,ZA2…XA500,YA500,ZA500和SB＝XB1,YB1,ZB1,XB2,YB2,ZB2…XB500,YB500,ZB500，再分别将所测得x,y,z坐标值以列向量的形式存放在Excel表单VarName 1,VarName 2和VarName 3中。
(3)计算手机金属中框CNC3工序前后各测量点沿Z方向的变形量ΔZn＝ZAn-ZBn(n＝1,2,3…500)。
(4)判断步骤(3)中的手机中框底边各测量点的差值ΔZn(n＝410,411,412…500)，发现底边ΔZ410-500∈(-0.113,-0.058)mm，不为零，表明CNC3内腔铣削工序造成了测量基准面扭转，按步骤(5)修正测量基准面。
(5)测量基准面扭转的修正步骤如下：
a)如图2所示，取6中框A的基准面外轮廓棱边c,d,e,f四点，其中c,d分别为右棱、左棱边上ΔZn≈0的点，e为线段cd中点，f为底边中点；取7中框B的底边中点为g点。
b)根据步骤2)得到的取样点三坐标数据集SA和SB，如图3所示，确定c,d,f,g四点坐标为(-10.03,0,-0.01),(-10.03,-90,-0.01),(-0.02,-45,-0.81),(-0.01,-45,-0.02，e点坐标(-10.04,-45,-0.01)，计算点e和g之间距离Leg＝|Xe-Xg|≈10mm，点f和g之间距离Lfg＝|Zf-Zg|≈0.8mm，进而得到测量基准面扭转角度α＝±tan-1(0.8/10)＝±4.570。
c)进一步判断步骤(3)中的底边中各测量点差值ΔZ410-500值为负，如图3所示，则机加工后中框A的基准面顺时针扭转(底边向纸内，顶边向纸外)，基准面扭转角度取正值α＝4.570。
d)计算中框A上的各取样点在基准面上的投影与点c的横坐标距离δn＝∣XAn-Xc∣(n＝1,2,3…500)，得到中框A基准面上各投影点沿Z方向的扭转距离γn＝δntanα。
e)确定中框A基准面未发生扭转时的翘曲变形量εn＝ΔZn-γn，计算中框A外轮廓测量点修正坐标S′A＝{(XA1,YA1,ZA1-ε1),(XA2,YA2,ZA2-ε2…XA500,YA500,ZA500-ε500，再将其列向量的形式替代原Excel表单VarName 1,VarName 2和VarName 3数值。
(7)将中框A棱边取样点修正后坐标S′A和中框B取样点坐标SB导入如下的Matlab程序中：
x＝VarName1；
y＝VarName2；
z＝VarName3；
[X,Y]＝meshgrid(-160.35:1:0.02,-90.12:1:0.05)；
Z＝griddata(x,y,z,X,Y)；
mesh(X,Y,Z)；
％plot3(x,y,z,'*')；
surface(X,Y,Z)；
可得到手机金属中框A和中框B变形重构图。如图4所示，发现中框A的中部大平面变形减缓，底部反向翘曲，左上角、左下角的翘曲变形量进一步扩大，其中左下角的翘曲较大。
本申请的一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，相比传统塞尺测量无法客观真实反映CNC特定工序引起的手机翘曲变形规律及变形量的缺点，可有效排除前道CNC加工变形的干扰；仅需测量外轮廓取样点的三坐标数据，即可实现手机中框三维变形重构，可视化强；测量次数少，成本低。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤，
(1)沿手机中框外轮廓，将周长L等分n份，确定三坐标待测点的间距S＝L/n，其中，手机中框具有右棱边、顶边、左棱边、底边；
(2)沿手机中框外轮廓，每隔间距S设定取样点，分别测量手机中框A和B外轮廓上各取样点的三坐标数据值，分别记为SA＝{(XA1,YA1,ZA1),XA2,YA2,ZA2…XAn,YAn,ZAn和SB＝XB1,YB1,ZB1,XB2,YB2,ZB2…XBn,YBn,ZBn，其中，加工后的中框记为手机中框A，加工前的中框记为手机中框B；
(3)计算中框加工前后各测量点Z坐标差值ΔZn＝ZAn-ZBn(n＝1,2,3…)；
(4)判断步骤(3)中的手机中框底边各测量点的差值ΔZn是否为零，若80％以上的测量点的ΔZn∈(-0.01,0)∪(0,0.01)，进行步骤(6)；否则，进行步骤(5)；
(5)修正测量基准面，具体包括，
(5.1)取中框A的基准面外轮廓棱边上c,d,e,f四点，其中c,d分别为右棱、左棱边上ΔZn≈0的点，e为线段cd中点，f为底边中点；取中框B的底边中点为g点，
(5.2)根据步骤(2)得到的取样点三坐标数据集SA和SB，确定c,d,f,g四点坐标为(Xc,Yc,Zc),(Xd,Yd,Zd),(Xf,Yf,Zf),(Xg,Yg,Zg)，得到e点坐标计算点e和g之间距离Leg＝|Xe-Xg|，点f和g之间距离Lfg＝|Zf-Zg|，进而得到测量基准面扭转角度α＝±tan-1(Lfg/Leg)；
(5.3)进一步判断步骤(3)中的底边各测量点差值ΔZn的正负，若ΔZn为负，则机加工后中框A的基准面顺时针扭转，基准面扭转角度α取正值；反之，则为逆时针扭转，α取负值；
(5.4)计算中框A上的各取样点在基准面上的投影与点c的横坐标距离δn＝∣XAn-Xc∣(n＝1,2,3…)，得到中框A基准面上各投影点沿Z方向的扭转距离γn＝δntanα；
(5.5)确定中框A基准面未发生扭转时的翘曲变形量εn＝ΔZn-γn，计算中框A外轮廓测量点修正坐标SA′＝{(XA1,YA1,ZA1-ε1),(XA2,YA2,ZA2-ε2…XAn,YAn,ZAn-εn；
(6)根据步骤(4)中的中框A外轮廓取样点坐标集SA或者步骤(5)中的修正后坐标集SA′，得到手机金属中框变形重构图。
2.如权利要求1所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，步骤(2)具体为，将手机中框正面朝上装夹在三坐标测量仪的水平工作台上，以中框右棱边与底边交点为起始点，按逆时针方向，沿右棱边、顶边、左棱边、底边每隔间距S设定取样点。
3.如权利要求1所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，步骤(6)具体为，把步骤(4)中的中框A外轮廓取样点坐标集SA或者步骤(5)中的修正后坐标集SA′导入MATLAB程序，得到手机金属中框变形重构图。
4.如权利要求3所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，MATLAB程序如下，
x＝VarName1；
y＝VarName2；
z＝VarName3；
[X,Y]＝meshgrid(Xmin:1:Xmax,Ymin:1:Ymax)；
Z＝griddata(x,y,z,X,Y)；
mesh(X,Y,Z)；
plot3(x,y,z,'*')；
surface(X,Y,Z)。
5.如权利要求1所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，所述的步骤(2)中手机中框A和B的三坐标数据取三次测量的平均值。
6.如权利要求1所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，c,d,f,g坐标值分别取距离最近的取样点坐标值。
7.如权利要求1所述的手机金属中框机加工翘曲变形重构方法，其特征在于，所述的步骤(7)程序中VarName是指Excel软件中用于存储坐标值数据的所在表单名称，x、y、z是取样点沿三个方向的坐标值；meshgrid函数是采样点函数，griddata函数是散乱点插值函数，依据棱边数据来插补中框曲面点；plot3函数将三维空间的点绘制成曲线；surface函数用来重构中框变形曲面。
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