CN111028208A - 一种板材成形件回弹量的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板材成形件回弹量的评估方法,包括以下步骤,测量回弹前板材成形件,获得板材成形件回弹前各点第一空间坐标;测量回弹后板材成形件,获得板材成形件回弹后各点第二空间坐标;对各点第一空间坐标进行曲率计算,获得各点第一曲率值,转换各点第一曲率值获得第一灰度图;对各点第二空间坐标进行曲率计算,获得各点第二曲率值,转换各点第二曲率值获得第二灰度图;将第一灰度图和第二灰度图进行图像匹配,获得第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点;对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差或各点曲率变化率。本发明对回弹现象的表达比较直观,有利于对板材成形件回弹补偿的修正。
Description
技术领域
本发明涉及金属板材弹性变形领域,特别是涉及一种板材成形件回弹量的评估方法。
背景技术
板材在弯曲变化时必然伴随着弹性变形,当外力撤去时,弹性变形恢复,进而导致板材的回弹。板材的回弹是不可避免的,回弹现象将严重影响到板材零件的形状、尺寸和精度等,然而目前人们尚未拥有十分有效的解决方法,因而对板材回弹的评估显得尤为重要。
参见附图17,实线所示为回弹前板材成形件,虚线所示为回弹后板材成形件。目前评估板材成形件回弹量的主要方法是:利用板材成形件在回弹前后的模型数据,计算各点在回弹前后的法向上移动的距离,通过法向距离d来评估板材上各点的回弹量,再经过工程师以个人经验判断板材件在该处回弹距离较大的原因,并以此为基础进行修模。
但是,这种评估方法存在以下技术问题:对回弹现象的表征不够直观,在回弹评估结果中,法向距离d较大的区域实际回弹并不一定明显,法向距离d较小的区域实际回弹现象反而可能很严重,评估结果误差较大,不利于对板材成形件回弹补偿的修正,无法为工程师的修模调模提供比较准确的借鉴意义。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是:提供一种板材成形件回弹量的评估方法,通过计算板材成形件各点在回弹前后的曲率变化来表征板材成形件各点回弹量,对回弹现象的表达比较直观,评估结果比较准确,有利于对板材成形件回弹补偿的修正,对工程师的修模调模有直接的借鉴意义。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种板材成形件回弹量的评估方法,包括以下步骤,
测量回弹前板材成形件,获得板材成形件回弹前各点第一空间坐标;测量回弹后板材成形件,获得板材成形件回弹后各点第二空间坐标;
对各点第一空间坐标进行曲率计算,获得各点第一曲率值,转换各点第一曲率值获得第一灰度图;对各点第二空间坐标进行曲率计算,获得各点第二曲率值,转换各点第二曲率值获得第二灰度图;
将第一灰度图和第二灰度图进行图像匹配,获得第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点;
对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差或各点曲率变化率。
进一步,第一灰度图和第二灰度图的获得方式为,
各点第一曲率值和各点第二曲率值中最大值取值灰度值0,最小值取值灰度值255,各点第一曲率值和各点第二曲率值中其余数值按比例相应取值灰度值,各点第一曲率值向x-y平面投影获得第一灰度图,各点第二曲率值向x-y平面投影获得第二灰度图。
进一步,对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差的实现方式为,
第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值减去各点第一曲率值获得各点相对曲率差。
进一步,对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点曲率变化率的实现方式为,
第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值除以各点第一曲率值获得各点曲率变化率。
进一步,获得各点相对曲率差或各点曲率变化率包括以下步骤,在matlab中对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得分布有多个不同颜色的点的曲率变化云图,曲率变化云图中的点颜色越深表示该点相对曲率差或曲率变化率越大。
进一步,第一空间坐标的获得方式为,扫描回弹前板材成形件获得板材成形件各点空间坐标,或者通过软件导出板材成形件的数模各点空间坐标。
进一步,第二空间坐标的获得方式为,扫描回弹后板材成形件获得板材成形件各点空间坐标。
进一步,第一曲率值和第二曲率值均采用高斯曲率或平均曲率表征。
总的说来,本发明具有如下优点:
通过各点相对曲率差或各点曲率变化率来表征板材成形件各点回弹量,对回弹现象的表达比较直观,相比于现有技术的法向距离表征法,本发明的评估方法更直观,评估结果更准确,有利于对板材成形件回弹补偿的修正,对工程师的修模调模有直接的借鉴意义,可以大大提高工程师修模调模的效率,甚至减少修模次数、降低成本。
附图说明
图1为板材成形件回弹前后的变化示意图。
图2为本发明实施例1的第一空间数据云图。
图3为本发明实施例1的第二空间数据云图。
图4为本发明实施例1的第一灰度云图。
图5为本发明实施例1的第二灰度云图。
图6为本发明实施例1的曲率变化云图。
图7为本发明实施例2的第一空间数据云图。
图8为本发明实施例2的第二空间数据云图。
图9为本发明实施例2的第一灰度云图。
图10为本发明实施例2的第二灰度云图。
图11为本发明实施例2的曲率变化云图。
图12为本发明实施例3的第一空间数据云图。
图13为本发明实施例3的第二空间数据云图。
图14为本发明实施例3的第一灰度云图。
图15为本发明实施例3的第二灰度云图。
图16为本发明实施例3的曲率变化云图。
图17为现有技术的法向距离评估方法示意图。
附图标记说明:
1——回弹前的板材成形件、2——回弹后的板材成形件。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
一种板材成形件回弹量的评估方法,包括以下步骤,
测量回弹前板材成形件,获得板材成形件回弹前各点第一空间坐标;测量回弹后板材成形件,获得板材成形件回弹后各点第二空间坐标;
第一空间坐标和第二空间坐标均为三维坐标。获得各点第一空间坐标和各点第二空间坐标能够为板材成形件各点回弹前后的数据对比提供基础。
对各点第一空间坐标进行曲率计算,获得各点第一曲率值,转换各点第一曲率值获得第一灰度图;对各点第二空间坐标进行曲率计算,获得各点第二曲率值,转换各点第二曲率值获得第二灰度图;
由于各点与其周围空间点均存在相应的空间位置关系,因此可以计算各点的曲率值。对各点通过B样条曲面拟合法,求得各点各方向曲率,从而得到各点的主曲率,通过主曲率计算可得到高斯曲率或平均曲率。该计算方法是现有技术,已在1997年8月发表的期刊名称为IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics3(3):228-244中有详细描述,相关的文献名称为Scattered Data Interpolation with Multilevel B-Splines,在此不再赘述。
将各点曲率值转换为灰度图,能够更直观地表征各点曲率值。
将第一灰度图和第二灰度图进行图像匹配,获得第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点;
通过第一灰度图和第二灰度图的图像匹配,能够将测量得到的板材成形件模型和原始板材成形件模型在空间上匹配定位,以便进行各点回弹前后曲率变化的计算。
对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差或各点曲率变化率。
通过各点相对曲率差或各点曲率变化率来表征板材成形件各点回弹量,对回弹现象的表达比较直观,相比于现有技术的法向距离表征法,本发明的评估方法更直观,评估结果比较准确,有利于对板材成形件回弹补偿的修正,对工程师的修模调模有直接的借鉴意义。可以大大提高工程师修模调模的效率,甚至减少修模次数、降低成本。
如图1所示,回弹前的板材成形件1上某点曲率值用ρ表示;该点在回弹后的板材成形件2上的曲率值用ρ’表示。通过计算该点回弹前后曲率值ρ和ρ’的变化量或变化率,即可比较准确地表征该点的回弹量。
第一灰度图和第二灰度图的获得方式为,
各点第一曲率值和各点第二曲率值中最大值取值灰度值0,最小值取值灰度值255,各点第一曲率值和各点第二曲率值中其余数值按比例相应取值灰度值,各点第一曲率值向x-y平面投影获得第一灰度图,各点第二曲率值向x-y平面投影获得第二灰度图。
通过将各曲率值按比例转换为不同灰度值,并向x-y平面投影获得灰度图,能够将三维空间模型转换为二维灰度图,而且二维灰度图中颜色越深表示曲率值越高,表达更直观。获得第一灰度图和二维灰度图能够为图像匹配提供对比基础。
对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差的实现方式为,第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值减去各点第一曲率值获得各点相对曲率差。
通过对各点第一曲率值和各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作减法,获得各点相对曲率差,从而能够通过各点的曲率变化量直观地表征各点回弹量。
对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点曲率变化率的实现方式为,第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值除以各点第一曲率值获得各点曲率变化率。
通过对各点第一曲率值和各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作除法,获得各点曲率变化率,从而能够通过各点的曲率变化率直观地表征各点回弹量。
获得各点相对曲率差或各点曲率变化率包括以下步骤,在matlab中对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得分布有多个不同颜色的点的曲率变化云图,曲率变化云图中的点颜色越深表示该点相对曲率差或曲率变化率越大,回弹量越大。
通过在matlab中对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,能够获得红蓝点组成的曲率变化云图,其中蓝色点表示曲率变化较小,即相对曲率差或曲率变化率较小,该点回弹量较小;红色点表示曲率变化较大,即相对曲率差或曲率变化率较大,该点回弹量较大。从而能够通过不同颜色直观地表征各点回弹量,对回弹现象的表达比较直观,评估结果比较准确,有利于对板材成形件回弹补偿的修正。
第一空间坐标的获得方式为,扫描回弹前板材成形件获得板材成形件各点空间坐标,或者通过软件导出板材成形件的数模各点空间坐标。
可以通过蓝光扫描机扫描回弹前板材成形件获得回弹前板材成形件各点的空间坐标。或者采用软件直接导出板材成形件的数模各点空间坐标来代替蓝光扫描机扫描。
第二空间坐标的获得方式为,扫描回弹后板材成形件获得板材成形件各点空间坐标。
第一曲率值和第二曲率值均采用高斯曲率或平均曲率表征。
实施例1
通过模型导出板材成形件回弹前的数模各点空间,获得各点空间坐标,得到如图2所示的第一空间数据云图。通过蓝光扫描机扫描获得板材成形件回弹后的各点空间坐标,得到如图3所示的第二空间数据云图。
在matlab中,通过对第一空间数据云图中各点计算得到各点第一曲率值,通过对第二空间数据云图中各点计算得到各点第二曲率值,将得到的曲率值中的最大值cmax=2.25625与最小值cmin=0分别对应灰度值0与灰度值255,其余曲率值按比例相应取值灰度值。将取值灰度值后的各点第一曲率值向x-y平面投影,得到回弹前的第一灰度云图,如图4所示;将取值灰度值后的各点第二曲率值向x-y平面投影,得到回弹后的第二灰度云图,如图5所示。
图4和图5中某点的颜色越深,表示该点的曲率值越大;颜色越浅,表示该点的曲率值越小。
将第一灰度云图和第二灰度云图进行图像匹配,调整回弹前后两云图的相对位置,并计算各点的曲率变化,得到曲率变化云图,如图6所示。图6中某点颜色越深,表示该点的曲率变化越大,回弹量越大;颜色越浅,表示该点的曲率变化越小,回弹量越小。
实施例2
通过模型导出板材成形件回弹前的数模各点空间,获得各点空间坐标,得到如图7所示的第一空间数据云图。通过蓝光扫描机扫描获得板材成形件回弹后的各点空间坐标,得到如图8所示的第二空间数据云图。
在matlab中,通过对第一空间数据云图中各点计算得到各点第一曲率值,通过对第二空间数据云图中各点计算得到各点第二曲率值,将得到的曲率值中的最大值cmax=1.01356与最小值cmin=0分别对应灰度值0与灰度值255,其余曲率值按比例相应取值灰度值。将取值灰度值后的各点第一曲率值向x-y平面投影,得到回弹前的第一灰度云图,如图9所示;将取值灰度值后的各点第二曲率值向x-y平面投影,得到回弹后的第二灰度云图,如图10所示。
图9和图10中某点的颜色越深,表示该点的曲率值越大;颜色越浅,表示该点的曲率值越小。
将第一灰度云图和第二灰度云图进行图像匹配,调整回弹前后两云图的相对位置,并计算各点的曲率变化,得到曲率变化云图,如图11所示。图11中某点颜色越深,表示该点的曲率变化越大,回弹量越大;颜色越浅,表示该点的曲率变化越小,回弹量越小。
实施例3
通过模型导出板材成形件回弹前的数模各点空间,获得各点空间坐标,得到如图12所示的第一空间数据云图。通过蓝光扫描机扫描获得板材成形件回弹后的各点空间坐标,得到如图13所示的第二空间数据云图。
在matlab中,通过对第一空间数据云图中各点计算得到各点第一曲率值,通过对第二空间数据云图中各点计算得到各点第二曲率值,将得到的曲率值中的最大值cmax=0.780315与最小值cmin=0分别对应灰度值0与灰度值255,其余曲率值按比例相应取值灰度值。将取值灰度值后的各点第一曲率值向x-y平面投影,得到回弹前的第一灰度云图,如图14所示;将取值灰度值后的各点第二曲率值向x-y平面投影,得到回弹后的第二灰度云图,如图15所示。
图14和图15中某点的颜色越深,表示该点的曲率值越大;颜色越浅,表示该点的曲率值越小。
将第一灰度云图和第二灰度云图进行图像匹配,调整回弹前后两云图的相对位置,并计算各点的曲率变化,得到曲率变化云图,如图16所示。图16中某点颜色越深,表示该点的曲率变化越大,回弹量越大;颜色越浅,表示该点的曲率变化越小,回弹量越小。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:包括以下步骤,
测量回弹前板材成形件,获得板材成形件回弹前各点第一空间坐标;测量回弹后板材成形件,获得板材成形件回弹后各点第二空间坐标;
对各点第一空间坐标进行曲率计算,获得各点第一曲率值,转换各点第一曲率值获得第一灰度图;对各点第二空间坐标进行曲率计算,获得各点第二曲率值,转换各点第二曲率值获得第二灰度图;
将第一灰度图和第二灰度图进行图像匹配,获得第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点;
对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差或各点曲率变化率。
2.按照权利要求1所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:第一灰度图和第二灰度图的获得方式为,
各点第一曲率值和各点第二曲率值中最大值取值灰度值0,最小值取值灰度值255,各点第一曲率值和各点第二曲率值中其余数值按比例相应取值灰度值,各点第一曲率值向x-y平面投影获得第一灰度图,各点第二曲率值向x-y平面投影获得第二灰度图。
3.按照权利要求1或2所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点相对曲率差的实现方式为,
第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值减去各点第一曲率值获得各点相对曲率差。
4.按照权利要求1或2所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得各点曲率变化率的实现方式为,
第一灰度图中各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值除以各点第一曲率值获得各点曲率变化率。
5.按照权利要求1所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:获得各点相对曲率差或各点曲率变化率包括以下步骤,在matlab中对各点第一曲率值与各点在第二灰度图中的相应点的第二曲率值作运算,获得分布有多个不同颜色的点的曲率变化云图,曲率变化云图中的点颜色越深表示该点相对曲率差或曲率变化率越大。
6.按照权利要求1所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:第一空间坐标的获得方式为,扫描回弹前板材成形件获得板材成形件各点空间坐标,或者通过软件导出板材成形件的数模各点空间坐标。
7.按照权利要求1所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:第二空间坐标的获得方式为,扫描回弹后板材成形件获得板材成形件各点空间坐标。
8.按照权利要求1所述的一种板材成形件回弹量的评估方法,其特征在于:第一曲率值和第二曲率值均采用高斯曲率或平均曲率表征。
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