CN113894496A - 3d原位修复金属车身钣金结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D原位修复金属车身钣金结构的方法，包括：对修复区域的前处理；再使用三维扫描装置对修复区域进行扫描建模；根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，即激光熔覆加工头或者焊接头的移动空间及其移动轨迹；将机械臂移动至修复区域上方，根据原位修复工艺、通过金属送丝或者送粉方式进行对修复区域进行修复，直至完成原位修复工艺的打印或者焊接过程。本发明通过对钣金修复区域进行针对性的3D打印原位修复，能够显著地提高修复质量，优化修复工艺，简化修复手段，将修复工作数字化、标准化、系统化，并且可满足修复数据的存储与修复工艺过程的追溯的要求。

Description

3D原位修复金属车身钣金结构的方法

技术领域

本发明涉及汽车车身修复技术领域，具体而言涉及一种3D原位修复金属车身钣金结构的方法，能够受控地在车手的指定区域进行钣金或者车身件的在线再造与修复。

背景技术

商用汽车在出厂前，车身钣金件通常是由汽车生产的主机厂在冲压车间内批量生产制备，经由不同规格的机械设备(冲压机、折弯机、翻边机等)冲压成型，再由各种焊接工艺对不同冲压件之间进行联接。

从车身的安全性和加工、装配成本角度考虑，车身钣金在不同区域使用了不同种类的钢材，车身蒙皮多用冷轧钢(重量占比约～15％)，复杂造型区域多使用中高强度钢(重量占比约20％)，在涉及到驾驶舱和后排乘客安全的区域大量使用超高强度钢(重量占比约40％)和热成型钢(重量占比约25％)。而在高端车型中，则大量使用全身铝合金结构；甚至在某些新能源车型上，主机厂会创新使用不锈钢结构(如Tesla Cybertruck)。

在日常使用中，因不同的使用状况或者事故，上述钣金结构大概率会发生各种损伤，如磨损、腐蚀、断裂、磕碰、变形，甚至撕裂；或者因为车辆钣金结构设计的问题，在长时间疲劳应力的作用下，钣金结构同样会发生扭曲变形的问题。

一般在钣金件发生损伤时，往往不止一种问题，而是多种问题的复杂集合。针对不同的损伤状态，需采用不同的修复方法和工艺顺序，才能达到一个比较满意的外观效果。

例如，对于车身蒙皮，如果受外力撞击或者挤压而引起的褶皱和凹凸损伤较轻，金属没有发生塑性变形，仍在弹性变形范围内，一般使用吸盘拉拔、钣金背面垫板进行锤击即可恢复；对于大曲率的凹凸面变形，一般采用锤击法和顶拉法进行修复，或者先将变形区域局部加热，再进行锤击修复；而对于褶皱性损伤，可采用手动葫芦，一头固定在钣金件褶皱处，另一头固定在坚固的立柱或者墙壁上，在褶皱处反向(与受撞击方向相反)施力，将褶皱展开转变未凹凸面损伤，在采用凹凸面损伤修复的方法进行修复。对于车身框架部位的变形(高强度和超高强度钢材等应用区域)，可采用撑位法矫正，撑位作用力的方向与变形力的方向相反，例如车的右侧受到撞击，导致右侧两门间的B柱内凹，此时可用手动葫芦，一头固定在B柱受损处，一头固定在坚固的立柱或者墙壁上，拉动导链，使B柱反向受力，逐渐复位。对于“伤情”较重的区域，很可能伴有钣金过度扭曲导致撕裂的现象，甚至会有局部钣金缺失。针对这种情况，一般先将撕裂部位进行整形，把钣金整理平滑，再进行CO₂保护焊，如果更加严重，则需要对这部分区域进行割补，从原整车厂家定制该部分的钣金新件，重新进行焊接和补漆。

传统的钣金修复方式，考虑到有效的施工手段和成本，基本上只能以外观修复为主，已经对汽修店或者4S店的钣金工作业水平提出了很高的要求，对于强度件的“内伤”或者不同钢种之间的联接区域的修复则没有很好的手段，无法保证这些区域的修复质量和整车刚性，极大地缩短了“术后”车辆的残值和使用寿命，对乘车人员的安全埋下了隐患。而对于铝合金车身，因铝合金的可焊接性较差，其修复难度较钢材难度更高。

近两年，为了在提高车身刚性的同时，降低整车材料成本与装配成本，目前已有一些整车厂或者零部件厂正在开展用一体化车身压铸件代替目前多段式车身冲压的方案，此种新方案能够有效降低钣金重量(～10％-15％)，但也因为压铸件数量较传统方案大大减少，显著提高了钣金的修复难度，创造了多种可能性。

发明内容

本发明目的在于提供一种3D原位修复金属车身钣金结构的方法，能够显著地提高修复质量，优化修复工艺，简化修复手段，将修复工作数字化、标准化、系统化，并且可满足修复数据的存储与修复工艺过程的追溯的要求。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种3D原位修复金属车身钣金结构的方法，包括：

对修复区域的初步整形；

对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，直至露出金属层，无其它杂质；

对修复区域进行脱脂、清洁与除尘处理；

使用三维扫描装置对修复区域进行扫描建模；

根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，即激光熔覆加工头或者焊接头的移动空间及其移动轨迹；所述激光熔覆加工头或者电弧焊接头支撑在可多自由度运动的机械臂上；

将移动支撑平台移动至修复区域上方，根据原位修复工艺、通过金属送丝或者送粉方式进行对修复区域进行修复，直至完成原位修复工艺的打印或者焊接过程。

优选地，所述根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，包括：

对于大于预定尺寸的修复面积，先确定采用金属打印的方式进行修复，选择与修复区域对应的车身钣金结构相同的金属材料，通过送粉或者送丝方式由激光熔覆加工头进行熔覆加工，对修复面积的区域进行3D打印原位修复；

对于细长的裂纹修复或者整板替换的连接区域，采用金属焊接方式进行3D打印原位修复，在保护气体环境下焊接修复。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

记录修复车架号、光扫建模数据、修复数据以及探伤结果数据，实现以车架号为唯一标识的溯源数据。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明示例性实施例的3D原位修复金属车身钣金结构的方法的流程图。

图2是本发明示例性实施例的3D原位修复金属车身钣金结构的方法原理示意图。

图3是根据图1所示3D原位修复金属车身钣金结构的方法的具体实施过程的示例。

附图1-3中各标记的含义如下：

1、耗材供应机构；2、机械臂；3、可拆卸式工作头(如激光熔覆加工头/焊接头/探伤设备)；4、扫描建模机构；5、待修复区域；10、汽车车身。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-2所示的示例，根据本发明示例性实施例的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，针对采用一体化车身压铸件的汽车金属车身钣金结构的修复提出了新的方法，抛弃传统通过局部钣金件的整形方式的“非原位”和表面外观修复的方式，解决传统修复方法对金属件的内伤和联接难以真正实现修复的问题，本发明3D原位修复方法包括以下过程：

-对修复区域的初步整形；

-对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，直至露出金属层，无其它杂质；

-对修复区域进行脱脂、清洁与除尘处理；

-使用三维扫描装置对修复区域进行扫描建模；

-根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，即激光熔覆加工头或者焊接头的移动空间及其移动轨迹；所述激光熔覆加工头或者电弧焊接头支撑在可多自由度运动的机械臂上；

-将移动支撑平台移动至修复区域上方，根据原位修复工艺、通过金属送丝或者送粉方式进行对修复区域进行修复，直至完成原位修复工艺的打印或者焊接过程。

由此，通过参照原车钣金数模和钣金材质，采用移动式激光头金属3D打印或者金属焊接增材制造手段，对钣金修复区域进行针对性的原位修复，尤其适用于不同钢材的混合区域、使用高强钢的车身结构区域或者全铝车身，可实现真正的车身钣金件内伤的修复，通过原位3D打印或者电弧焊接修复，实现真正意义上的原位修复。

结合2、3所示示例为根据本发明的修复方法的一个具体修复工艺过程，以3D打印修复为例。

预处理处理，包括对修复区域的前处理，例如初步整形、打磨、脱脂、清洁、除尘等。

在可选的实施例中，对修复区域的初步整形包括以下操作中的至少一者：

切割出规则形状、凹凸面的平整以及褶皱面的拉伸。

在打磨工序中，是指对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，直至露出金属层，无其它杂质。

脱脂工序中，是指使用脱脂剂对修复区域进行脱脂处理，可采用通用脱脂剂。

清洁工序中，是指使用清洁剂对修复区域进行清洁处理，可采用通用或者专用清洁剂。

除尘工序中，是指使用洁净空气对修复区域进行干燥与吹尘处理。

其中，对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，采用不同目数等级的砂纸进行多次打磨，按照打磨的先后顺序所使用的砂纸目数由少到多。

在扫描、建模处理过程中，如部分区域的反光影响扫描过程，光扫建模过程需要提前做好修复面积的喷色处理，光扫后在修复前重复上述前处理步骤。

在可选的实施例中，建模数据可与数据库中车辆同区域的理论模型数据进行比对分析。

优选地，根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，包括：

对于大于预定尺寸的修复面积(例如某一维度间隙尺寸大于1.5mm)，先确定采用金属打印的方式进行修复，选择与修复区域对应的车身钣金结构相同的金属材料，通过送粉或者送丝方式由激光熔覆加工头进行熔覆加工，对修复面积的区域进行3D打印原位修复；

对于细长的裂纹修复或者整板替换的连接区域，采用金属焊接方式进行3D打印原位修复，在保护气体环境下焊接修复。

其中，修复过程中，通过在机械臂的前端设置吸尘口。进行除尘处理，确保修复过程中不产生新的杂质。

完成修复后，对修复区域进行无损探伤，并保存探伤结果数据。

例如，使用超声波设备等无损探伤设备对打印/焊接区域进行探伤，超声波探伤设备可以手持，也可以集成在机械臂前端。

在可选的实施例中，机械臂的前端被设计成标准接头，以适配于三维扫描装置、激光熔覆加工头、焊接头及探伤设备的可拆卸式装配。

探伤没有问题后，对修复区域进行清洁、脱脂、喷漆和烘烤，完成整个修复过程。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

记录修复车架号、光扫建模数据、修复数据以及探伤结果数据，实现以车架号为唯一标识的溯源数据，由此实现根据车架号独立存储修复特征、记录修复过程参数和追溯修复质量，实现以车架号为唯一标识的溯源。

例如，在整套修复系统开始工作前，先在相应的HMI中输入待修复的车架号，后续输入光扫建模数据、修复数据以及探伤结果数据，存储于以该车架号命名的子目录中。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，包括：

对修复区域的初步整形；

对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，直至露出金属层，无其它杂质；

对修复区域进行脱脂、清洁与除尘处理；

使用三维扫描装置对修复区域进行扫描建模；

根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，即激光熔覆加工头或者焊接头的移动空间及其移动轨迹；所述激光熔覆加工头或者电弧焊接头支撑在可多自由度运动的机械臂上；

将机械臂移动至修复区域上方，根据原位修复工艺、通过金属送丝或者送粉方式进行对修复区域进行修复，直至完成原位修复工艺的打印或者焊接过程。

2.根据权利要求1所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述机械臂的前端被设计成标准接头，以适配于三维扫描装置、激光熔覆加工头、焊接头及探伤设备的可拆卸式装配。

3.根据权利要求1所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述对修复区域的初步整形包括以下操作中的至少一者：

切割出规则形状、凹凸面的平整以及褶皱面的拉伸。

4.根据权利要求1所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述对整形后的修复区域的钣金油漆面进行打磨，采用不同目数等级的砂纸进行多次打磨，按照打磨的先后顺序所使用的砂纸目数由少到多。

5.根据权利要求1所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述根据建模数据以及从数据库调取的修复区域对应的车身钣金结构的材料属性，确定对修复区域的原位修复工艺，包括：

对于大于预定尺寸的修复面积，先确定采用金属打印的方式进行修复，选择与修复区域对应的车身钣金结构相同的金属材料，通过送粉或者送丝方式由激光熔覆加工头进行熔覆加工，对修复面积的区域进行3D打印原位修复；

对于细长的裂纹修复或者整板替换的连接区域，采用金属焊接方式进行3D打印原位修复，在保护气体环境下焊接修复。

6.根据权利要求5所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，修复过程中，通过在吸尘口进行除尘处理，确保修复过程中不产生新的杂质。

7.根据权利要求1所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

完成修复后，对修复区域进行无损探伤，并保存探伤结果数据。

8.根据权利要求7所述的3D原位修复金属车身钣金结构的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

记录修复车架号、光扫建模数据、修复数据以及探伤结果数据，实现以车架号为唯一标识的溯源数据。

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