CN111967088B - 一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法；包括：获取现场Atos扫描点云及网格处理，获取现场扫描点云，现场点云网格处理，加工数据转化成网格数据，网格对齐处理；利用Autoform软件驱动变形网格，打开Autoform，计算变形矢量域，驱动变形区域划分，驱动变形参数选择，驱动与导出变形网格；利用OmniCAD软件驱动变形网格，导入变形曲面和变形网格，处理变形网格，Mesh Transformer网格变形，导出目标曲面；检查目标曲面质量及局部处理异常区，偏差云图检查：曲面质量检查，局部处理异常区，输出最终加工曲面；本发明曲面质量好，可以直接作为后工序模具型面加工数据；设计周期较短，设计难度较低，易上手；节约模具设计制造成本；可重复性强，不受内板件结构类型限制。

Description

一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法

技术领域

本发明属于冲压技术领域，涉及一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法。

背景技术

在目前现有的汽车制造领域中，大多数内板梁类制件通常由冷冲模制作而成，其冲压工艺手段一般有拉延、成型、修边冲孔和翻边整形等。内板梁类制件通常采用高强度板材，板料较厚，所以内板梁类制件通常会伴随起皱、开裂、扭曲及回弹较大等一系列问题，因此需要在设计阶段通过CAE精细分析优化工艺手段和曲面回弹补偿。内板梁类制件在拉延工序或者成形工序出件后，因应力未释放，一般会存在制件扭曲严重，回弹较大等问题。把扭曲严重、回弹大的拉延工序制件放在后工序的凸模上，会出现不贴合凸模型面问题，也就是制件符型问题严重。制件符型状态不好会导致后工序冲压过程中，出现制件定位不稳定、压料过程中产生异常塑性变形和修边精度差等一系列问题。而此类问题无法通过优化修边序工艺手段消除，也无法只单纯依靠调试拉延序或者成形序解决。

汽车产业竞争日益激烈，新车开发周期缩短，白车身零部件的供应周期也大大缩短，这就要求缩短冲压模具在设计、制作和调试的项目周期。目前，解决内板梁类制件符型问题的方法之一是用拉延序回弹后曲面作为后工序修边序型面的加工数据，获得上述修边序型面的现有方法有Autoform软件直接导出后工序修边序型面、利用扫描点云作为后工序模具型面加工数据和曲面重构，但是，直接利用Autoform软件导出后工序模具型面，曲面质量不好，不能直接做加工数据，直接使用现场扫描点云作为后工序模具型面加工数据，整改周期短，但后期再发生整改时没有整改依据，如果拿现场扫描点云去做曲面重构，曲面重构设计周期长，设计成本高。

专利文献1(CN103691839A)中公开了一种汽车梁类零件的成型方法，涉及冲压成型技术领域，为提高产品质量和生产效率而发明。所述汽车梁类零件的成型方法包括：拉延工序，对制件材料进行拉延制得拉延件；定位结构生成工序，在所述拉延件第一表面的两端废料区拉延出第一定位结构，所述第一表面为所述拉延件与修边模的下模接触的表面，在所述修边模上与所述第一定位结构对应的设置第二定位结构，所述第一定位结构与所述第二定位结构的形状相适应；修边冲孔工序，将所述第一定位结构与所述第二定位结构配合定位，对所述拉延件进行修边和冲孔。本发明汽车梁类零件的成型方法用于制造汽车梁类零件。

专利文献2(CN106875476A)中公开了一种扫描重制模具镶块设计新加工数据的方法，步骤如下:扫描前确定待重制模具镶块的加工基准；扫描前对待重制的模具镶块手工修复；将修复后的待重制模具镶块分别在ATOS设备和三坐标测量机上进行扫描形成点云数据作为待重制模具镶块新加工数据设计的依据；扫描结束后在ATOS设备中对扫描结果进行计算得到三角面片点云数据；在三坐标测量机中得到修边或翻边刃口轮廓、孔径和孔位点云数据；判定扫描点云质量合格后，将点云数据叠加，得到待重制模具镶块的整体扫描数据，作为待重制模具镶块新加工数据设计依据；本方法严格保证了待重制模具镶块与原模具镶块的一致性，不必重新调试，缩短周期，节约成本，避免了用户生产停台等待。

专利文献3(CN203235828U)中公开了一种汽车车身边梁的成形模具，采用的是左右汽车车身边梁共模结构，上模由上模基座、与上模基座导向配合的上模顶出块组成，上模顶出块由基座、固定在基座上的凹模组成，下模由下模基座、固定在下模基座上的凸模组成，凹模的型腔底部中间分割废料区沿长度方向设有矩形反向吸料筋，凹模的型腔底部其余区域设有横竖相间的正向加强筋；凸模的结构与凹模的结构对应。使用时，上模通过冲床向下压合，与下模贴合后，上模顶出块通过冲床双动块进行再次深拉延，就可以冲压成型；设置矩形反向吸料筋和横竖相间的正向加强筋，一方面可以消除薄板料在切开时产生的回弹的质量缺陷，另一方面可以提高零件的骨骼强度，同时也节约了原材料。

专利文献4(CN103143633A)利用拉延件扫描结果设计后工序模具型面加工数据的方法，本发明涉及一种利用拉延件扫描结果设计后工序模具型面加工数据的方法，其特征在于：利用德国GOM公司开发的一种非接触式ATOS光学扫描设备对拉延工序件进行白光扫描(照相),扫描结束后在ATOS光学扫描设备系统中对扫描结果进行计算得到三角面片点云数据；在拉延工序模具调试合格后，开始制造第一序修边模具，将合格拉延件扫描生成点云数据，利用扫描点云数据做为理论依据，在Geomagicstudio11软件中进行逆向设计加工数据型面，再以逆向后的型面做为依据，设计转化第一序修边模的加工数据型面；其将合格拉延件扫描生成点云数据，利用扫描点云数据作为理论依据，在软件中进行逆向设计拉延件型面，在此基础上设计转化拉延后第一序修边模具加工数据型面。

专利文献1着眼于加强修边序定位来提高修边序模具稳定性，而本发明是从逆向设计修边序加工型面曲面出发，解决模具符型问题，提高模具稳定性；专利文献2是直接用现场扫描点云作为新加工数据，这样如果后期再整改没有整改依据，再整改会比较麻烦，本发明提供的内板制件的曲面逆向设计方法可以提供整改依据，方便下一轮模具整改；专利文献3介绍的是汽车车身边梁的成形模具的模具结构，与本发明区别较大；专利文献4涉及一种利用拉延件扫描结果设计后工序模具型面加工数据的方法，与本发明所采用不同的软件，本发明采用的软件在模具冲压工艺设计中更常见，易上手，逆向设计变形曲面质量高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曲面质量好，设计周期短，设计成本低的逆向曲面设计方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法，包括：获取现场Atos扫描点云及网格处理；利用Autoform软件驱动变形网格；利用OmniCAD软件驱动变形网格；检查目标曲面质量及局部处理异常区。

进一步地，所述获取现场Atos扫描点云及网格处理，具体内容如下：

(1)获取现场扫描点云：将拉延工序件或第一序修边工序件在当序模具上垫起，用Atos扫描制件，后进行最佳拟合，得到现场Atos扫描点云；

(2)现场点云网格处理：将得到的现场扫描点云导入到Catia软件的“DigitizedShape Editor”模块中，使用模块中的“Trim”命令处理现场扫描点云的边缘毛刺和局部凸起异常部分，得到网格数据，如果是对称件，先保留回弹小的一侧的网格数据，之后做对称处理；

(3)加工数据转化成网格数据：在Catia软件中打开拉延序工作型面的加工数据，通过“Shape Sculptor”模块中的“Tessellate”命令，将拉延序工作型面转化成网格数据，并使用同一方法处理网格数据；

(4)网格对齐处理：检查参考网格和目标网格在明显特征处是否对齐，如果不对齐，使用平移命令窜动目标网格，使参考网格和目标网格对齐；

(5)网格数据导出：将处理后的参考网格数据和目标网格数据从Catia中的“Digitized Shape Editor”模块以Stl文件格式导出，参考曲面以Igs文件格式导出。

进一步地，所述利用Autoform软件驱动变形网格，具体内容如下：

(1)打开与导入：打开Autoform，在“Import”界面的“Import Tool Surface”中导入准备好的参考网格、目标网格和参考曲面；

(2)计算变形矢量域：进入“Modify”页面，点击左下方“Generic”进入驱动命令，分别导入参考网格和目标网格，点击“Calculate”计算出矢量域，检查计算出的矢量域，确保变形矢量域符合驱动意图，若局部异常，则重新优化网格数据；

(3)驱动变形区域划分：在“Compensated”界面选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域，白底高亮选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域；

(4)驱动变形参数选择：“Compensation Factor”变形比例参数设定范围为“-1”～“3”；

(5)驱动与导出变形网格：点击Apply自动驱动，得到网格节点一一对应变形网格，查看驱动偏差云图，符合贴量意图，导出stl格式的Generic Compensation_original和Generic Compensation网格。

进一步地，所述利用OmniCAD软件驱动变形网格，具体内容如下：

(1)导入变形曲面和变形网格：打开OmniCAD软件，使用“File”命令导入Igs格式的变形曲面和Stl格式的变形网格；

(2)处理变形网格：如果要变形的是左右对称件，先把变形网格从对称面分割成一半，然后将保留的一半网格镜像，缝成一个整体网格；

(3)Mesh Transformer网格变形：使用“Transf.”界面的“Mesh”命令进行网格变形；“Smoothing”光顺度参数控制变形曲面的光顺程度；

“Transformation Factor”变形比例参数的数值代表了原始网格与变形网格间偏差值反馈到曲面变形上的百分比；

(4)导出目标曲面：同样使用“File”命令导出Igs文件格式的目标曲面。

进一步地，所述检查目标曲面质量及局部处理异常区，具体内容如下：

(1)偏差云图检查：将驱动变形后获得的曲面导入到Catia软件的创成式外形设计模块中，采用模块中的“Join”命令缝合曲面，利用“Digitized Shape Editor”模块中的Deviation Analysis命令得到驱动变形后的曲面与现场扫描的目标点云的偏差云图，依据偏差云图判断是否符合偏差要求，如不符合，返回上一步，修改Mesh Transformer网格变形参数；

(2)曲面质量检查：检查驱动变形后的曲面质量，是否符合梁类内板件加工数据设计；

(3)局部处理异常区：整体驱动的变形曲面，局部出现超出偏差要求的地方，进行局部异常区处理；

(4)输出最终加工曲面，数据传递。

进一步地，所述“Smoothing”光顺度参数控制变形曲面的光顺程度，光顺度系数越高，变形后曲面曲率情况与原始网格越相近，根据实际情况灵活选取光顺度系数，对于内板制件选用Normal；

进一步地，所述“Transformation Factor”变形比例参数的数值代表了原始网格与变形网格间偏差值反馈到曲面变形上的百分比，数值可是任何值，根据经验选择参数值对曲面进行变形，一般选1。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、曲面质量好，可以直接作为后工序模具型面加工数据。

2、后期再整改可以找到整改基准。

3、设计周期较短，设计难度较低，易上手。

4、设计成本低，节约模具设计制造成本。

5、可重复性强，不受内板件结构类型限制。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为第一序修边序模具凸模结构示意图；

图2为现场扫描点云偏差值；

图3为拉延序加工型面示意图；

图4为驱动变形后目标曲面示意图；

图5为最终加工曲面放在修边序模具凸模型面上的偏差值示意图；

图6为本发明所述一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的目的在于提供一种设计周期短，设计成本低的逆向曲面设计方法。本发明的技术方案是：一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法，包括以下步骤：

第一步，获取现场Atos扫描点云及网格处理

(1)获取现场扫描点云：将拉延工序件或第一序修边工序件在当序模具上垫起，用Atos扫描制件，后进行最佳拟合，得到现场Atos扫描点云；

参阅图1，第一序修边序模具凸模结构示意图，将拉延工序件在该模具凸模上垫起，用Atos扫描制件，后进行最佳拟合得到点云数据，参阅图2，现场扫描点云偏差值。

(2)现场点云网格处理：将得到的现场扫描点云导入到Catia软件的“DigitizedShape Editor”模块中，使用模块中的“Trim”命令处理现场扫描点云的边缘毛刺和局部凸起异常部分，得到光顺的网格数据，如果是对称件，只需先保留回弹小的一侧的网格数据，之后做对称处理，保留回弹较小部分；

(3)加工数据转化成网格数据：在Catia软件中打开拉延序工作型面的加工数据，通过“Shape Sculptor”模块中的“Tessellate”命令，将拉延序工作型面转化成网格数据，并使用同一方法处理网格数据；

参阅图3，拉延序加工型面示意图，将拉延序工作型面的加工数据，通过“ShapeSculptor”模块中的“Tessellate”命令，将其转化成网格数据，并使用上述同一方法处理网格数据，得到参考网格数据。

(4)网格对齐处理：检查参考网格和目标网格在明显特征处是否对齐，如果不对齐，使用平移命令窜动目标网格，为保结果的正确性，应尽量确保参考网格和目标网格对齐，参考网格和目标网格在明显特征处无明显窜动，在Catia中的“Digitized ShapeEditor”模块以Stl文件格式导出参考网格和目标网格，工作型面曲面以Igs文件格式导出；

(5)网格数据导出：将处理后的两个网格数据从Catia中的“Digitized ShapeEditor”模块以Stl文件格式导出，参考曲面以Igs文件格式导出。

第二步，利用Autoform软件驱动变形网格

(1)打开与导入：打开Autoform，在“import”界面的“Import Tool Surface”中导入准备好的参考网格、目标网格和参考曲面；

(2)计算变形矢量域：进入“Modify”页面，点击左下方“Generic”进入驱动命令，分别导入参考网格和目标网格，点击“Calculate”计算出矢量域，检查计算出的矢量域，确保其符合驱动意图，若局部异常，则重新优化网格数据；

(3)驱动变形区域划分：在“Compensated”界面选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域，白底高亮选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域；

在“Compensated”界面选中导入的变形曲面，点击下方“Activate”开始划分区域，“Compensation Factor”补偿因子参数设成“-1”，“Smoothing”光顺度设成“0.8”，点击Apply自动驱动，查看驱动偏差云图，符合贴量意图，导出Stl格式的GenericCompensation_original和Generic Compensation网格。

(4)驱动变形参数选择：“Compensation Factor”设定范围为“-1”～“3”，可根据变形需求灵活设定“Compensation Factor”补偿因子的范围，一般设定成“-1”即可。在保证补偿量的前提下，另一个变形参数“Smoothing”光顺度系数越大，曲面质量越高；

(5)驱动与导出变形网格：点击Apply自动驱动，得到网格节点一一对应变形网格，查看驱动偏差云图，符合贴量意图，导出Stl格式的Generic Compensation_original和Generic Compensation网格。

第三步，利用OmniCAD软件驱动变形网格

(1)导入变形曲面和变形网格：打开OmniCAD软件，使用“File”命令导入Igs格式的变形曲面和Stl格式的变形网格；

(2)处理变形网格：如果要变形的是左右对称件，应先把变形网格从对称面分割成一半，然后将保留的一半网格镜像，缝成一个整体网格；

(3)Mesh Transformer网格变形：使用“Transf.”界面的“Mesh”命令进行网格变形，其中“Smoothing”光顺度参数控制变形曲面的光顺程度，光顺度系数越高，变形后曲面曲率情况与原始网格越相近，根据实际情况灵活选取光顺度系数，对于内板制件一般选Normal即可；“Transformation Factor”变形比例参数的数值代表了原始网格与变形网格间偏差值反馈到曲面变形上的百分比，数值可是任何值，根据经验选择参数值对曲面进行变形，一般选1；

(4)导出目标曲面：同样使用“File”命令导出Igs文件格式的目标曲面。

参阅图4，OmniCAD软件驱动变形后得到的目标曲面示意图。

第四步，检查目标曲面质量及局部处理异常区

(1)偏差云图检查：将驱动变形后获得的曲面导入到Catia软件的创成式外形设计模块中，采用模块中的“Join”命令缝合曲面，利用“Digitized Shape Editor”模块中的Deviation Analysis命令得到驱动变形后的曲面与现场扫描的目标点云的偏差云图，依据偏差云图判断是否符合偏差要求，如不符合，返回上一步，修改Mesh Transformer网格变形参数；

将驱动变形后获得的曲面导入到Catia软件的创成式外形设计模块中，采用模块中的“Join”命令缝合曲面，利用“Digitized Shape Editor”模块中的Deviation Analysis命令得到如图所示的驱动变形后的曲面与现场扫描的目标点云的偏差云图，该云图大体上符合目标要求，对局部局部异常区进行二次处理。

(2)曲面质量检查：检查驱动变形后的曲面质量，是否符合内板梁类件加工数据设计；

(3)局部处理异常区：整体驱动的变形曲面，局部可能会出现超出偏差要求的地方，进行局部异常区处理；

(4)输出最终加工曲面，数据传递。

参阅图5，最终加工曲面放在修边序模具凸模型面上的偏差值示意图，偏差值和曲面质量均符合现场加工要求，可将曲面数据传递给加工数据使用；

本发明利用制件在当序模具上垫起，使用Atos扫描出的网格数据。

本发明利用现有常见画图软件处理点云网格数据。

本发明利用Autoform软件软件驱动变形点云，“Compensation Factor”补偿因子设定范围为“-1”～“3”，根据变形需求灵活设定，“Smoothing”光顺度系数依据曲面质量方便调整。

本发明利用OmniCAD软件驱动变形网格,相比于其他曲面驱动软件，OmniCAD界面简洁，操作方便，参数调整灵活，曲面质量较好，可直接用于加工生产。

本发明将以上步骤获得的曲面数据用于内板梁类件模具的修边序加工数据设计，实验结果证明此种方法能缩短曲面重构设计周期50％，缩短模具制造周期，消除曲面重构外委设计成本，降低模具制造成本。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法，其特征在于，包括：获取现场Atos扫描点云及网格处理；利用Autoform软件驱动变形网格；利用OmniCAD软件驱动变形网格；检查目标曲面质量及局部处理异常区；

所述获取现场Atos扫描点云及网格处理，具体内容如下：

(1)获取现场扫描点云：将拉延工序件或第一序修边工序件在当序模具上垫起，用Atos扫描制件，后进行最佳拟合，得到现场Atos扫描点云；

(2)现场点云网格处理：将得到的现场扫描点云导入到Catia软件的“Digitized ShapeEditor”模块中，使用模块中的“Trim”命令处理现场扫描点云的边缘毛刺和局部凸起异常部分，得到网格数据，如果是对称件，先保留回弹小的一侧的网格数据，之后做对称处理；

(3)加工数据转化成网格数据：在Catia软件中打开拉延序工作型面的加工数据，通过“Shape Sculptor”模块中的“Tessellate”命令，将拉延序工作型面转化成网格数据，并使用同一方法处理网格数据；

(4)网格对齐处理：检查参考网格和目标网格在明显特征处是否对齐，如果不对齐，使用平移命令窜动目标网格，使参考网格和目标网格对齐；

(5)网格数据导出：将处理后的参考网格数据和目标网格数据从Catia中的“DigitizedShape Editor”模块以Stl文件格式导出，参考曲面以Igs文件格式导出；

所述利用Autoform软件驱动变形网格，具体内容如下：

(1)打开与导入：打开Autoform，在“Import”界面的“Import Tool Surface”中导入准备好的参考网格、目标网格和参考曲面；

(2)计算变形矢量域：进入“Modify”页面，点击左下方“Generic”进入驱动命令，分别导入参考网格和目标网格，点击“Calculate”计算出矢量域，检查计算出的矢量域，确保变形矢量域符合驱动意图，若局部异常，则重新优化网格数据；

(3)驱动变形区域划分：在“Compensated”界面选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域，白底高亮选中需要补偿的工具体，点击下方“Activate”开始划分区域；

(4)驱动变形参数选择：“Compensation Factor”变形比例参数设定范围为“-1”～“3”；

(5)驱动与导出变形网格：点击Apply自动驱动，得到网格节点一一对应变形网格，查看驱动偏差云图，符合贴量意图，导出stl格式的Generic Compensation_original和GenericCompensation网格；

所述利用OmniCAD软件驱动变形网格，具体内容如下：

(1)导入变形曲面和变形网格：打开OmniCAD软件，使用“File”命令导入Igs格式的变形曲面和Stl格式的变形网格；

(2)处理变形网格：如果要变形的是左右对称件，先把变形网格从对称面分割成一半，然后将保留的一半网格镜像，缝成一个整体网格；

(3)Mesh Transformer网格变形：使用“Transf.”界面的“Mesh”命令进行网格变形；“Smoothing”光顺度参数控制变形曲面的光顺程度；

“Transformation Factor”变形比例参数的数值代表了原始网格与变形网格间偏差值反馈到曲面变形上的百分比；

(4)导出目标曲面：同样使用“File”命令导出Igs文件格式的目标曲面；

所述检查目标曲面质量及局部处理异常区，具体内容如下：

(1)偏差云图检查：将驱动变形后获得的曲面导入到Catia软件的创成式外形设计模块中，采用模块中的“Join”命令缝合曲面，利用“Digitized Shape Editor”模块中的Deviation Analysis命令得到驱动变形后的曲面与现场扫描的目标点云的偏差云图，依据偏差云图判断是否符合偏差要求，如不符合，返回上一步，修改Mesh Transformer网格变形参数；

(2)曲面质量检查：检查驱动变形后的曲面质量，是否符合梁类内板件加工数据设计；

(3)局部处理异常区：整体驱动的变形曲面，局部出现超出偏差要求的地方，进行局部异常区处理；

(4)输出最终加工曲面，数据传递。

2.根据权利要求1所述的一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法，其特征在于：

所述“Smoothing”光顺度参数控制变形曲面的光顺程度，光顺度系数越高，变形后曲面曲率情况与原始网格越相近，根据实际情况灵活选取光顺度系数，对于内板制件选用Normal。

3.根据权利要求2所述的一种内板梁类制件的逆向曲面设计方法，其特征在于：

所述“Transformation Factor”变形比例参数的数值代表了原始网格与变形网格间偏差值反馈到曲面变形上的百分比，变形比例参数的数值是任何值，根据经验选择变形比例参数的数值对曲面进行变形。

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