基于CATIA V5和Geomagic Qualify的汽車零部件質(zhì)量快速檢測

陳 博，李秀梅 Chen Bo，Li Xiumei

（1.廣汽長豐研發(fā)中心，湖南長沙 414011； 2.北汽福田長沙汽車廠技術(shù)中心，湖南長沙 414011）

0 引言

1 汽車零部件的檢測方法

1.1 手工檢測

即借用常用的工具,如卷尺、直尺、游標卡尺、千分尺、深度尺進行人工測量。其優(yōu)點是測量方法簡單,測量效率高,測量結(jié)果準確，檢測成本低。缺點是只能檢測二維數(shù)據(jù)。

1.2 專用檢具檢測

對零部件開發(fā)專用的檢具,利用檢具上刻線、樣板刀、劃線銷、檢測塊對零件型面、輪廓、孔位、部分斷面進行檢查。其優(yōu)點是測量方法簡單，檢測范圍區(qū)間較廣。缺點是測量效率低，需要開發(fā)專用的檢具，檢具具有專一性，不能對零部件進行全尺寸檢測，最終結(jié)果需要根據(jù)測量值進行綜合分析才能確定。由于主機廠除白車身外大部分零件為外購件，零部件的檢具都為供應(yīng)商自行開發(fā)使用，主機廠對采購零部件質(zhì)量管控在空間上存在一定困難。

1.3 CMM

三坐標測量現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于汽車零部件質(zhì)量檢測中，其類型分為固定式三坐標、移動式三坐標。三坐標測量也稱為接觸式測量，因測量過程中，探針需要與被測零件接觸，此檢測方法要求被測零件有一定剛性，同時測量過程中需要對它進行合適固定，以便機械探針能與被測部位接觸。其優(yōu)點是測量精度高、適應(yīng)性強。缺點是測量效率低，受測量空間限制較大。

1.4 非接觸式測量檢測

非接觸式測量根據(jù)測量原理分為光學測量、超聲波測量、電磁波測量、紅外測量、攝影測量等方式。非接觸式測量利用某種與零件表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來獲取零件的三維信息。因其不與零件接觸,無需對零件進行固定。其優(yōu)點是測量范圍廣，測量精確，受測量空間的限制小，適應(yīng)性強，效率高，分析結(jié)果明朗。缺點是需要專業(yè)的檢測軟件進行比對。

2 非接觸式測量檢測實例分析

在新車試制過程中，裝車現(xiàn)場反映發(fā)動機熱水軟管裝配困難，通過現(xiàn)場分析，最終問題歸結(jié)于發(fā)動機熱水硬管上，該零件由1根金屬彎管和2個板金支架焊接而成，是因為焊接時定位不準還是焊接變形，還是單件存在質(zhì)量問題無法從表面立即判定。此零件供應(yīng)商開發(fā)有專用檢具，因檢具設(shè)計考慮不全，需要檢測區(qū)域無檢測塊，且檢具為總成檢具，單件無法在上面進行檢測?；谝陨显?，在此采用非接觸式測量方法對零部件進行全尺寸檢測。

（1）零件的三維掃描

首先對熱水硬管總成作三維掃描以獲得物體表面的空間坐標，它的意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，即我們通常說的點云。

（2）點云文件的后處理

激光掃描儀掃描的數(shù)據(jù)，需要進行后處理，Geomagic Qualify是一款CAI（計算機輔助檢測）軟件，其點云后處理功能有限，為此需把點云文件導(dǎo)入到具有逆向功能的專業(yè)軟件中進行處理。在此我們把點云導(dǎo)入到CATIA軟件中的Digitized Shape Editor模塊中進行后處理。在CATIA V5中通過Insert｜import命令導(dǎo)入掃描數(shù)據(jù)，可同時選取多個文件以便拼接分區(qū)間掃描的點云,掃描文件格式支持Asc ii，Stl，Cgo等，點云導(dǎo)入后，通過Insert｜Cloud Edition｜Remove中的（Pick，Brush，Trap，F(xiàn)lood） 刪除點云中噪點和飛點，上述操作的目的是為了避免重構(gòu)后的數(shù)字化模型發(fā)生畸形，偏離實物原來的形貌。再通過Insert｜Mesh｜Mesh Creation中的3Dmesh對點云進行三角化，此操作的目的是為了后續(xù)比對觀察方便（圖 1）。

（3）利用Geomagic qualify軟件對掃描數(shù)據(jù)和零部件數(shù)模進行比對

因Geomagic qualify與CATIA V5格式不兼容，比對前需把熱水管的數(shù)學模型由catiaprt格式轉(zhuǎn)換成軟件能夠識別的igs或Stp格式后再導(dǎo)入到軟件中，導(dǎo)入后需定義零件數(shù)模為參考模型，再導(dǎo)入stl格式的點云文件,定義點云為測試文件。點云對齊前，必須定義參考文件及測試文件，否則后續(xù)操作無法進行。因三維掃描時樣件任意擺放，它和數(shù)模不在同一坐標系下，無法立即比對。比對前需把點云和數(shù)模先進行對齊。

“??？媽，你怎么能讓她睡我們的床呢？”易非的火氣騰的一下就起來了，她有潔癖，一想到自己的臉、自己的皮膚挨著別人睡過的地方，她就要起雞皮疙瘩，可陳留在，又不好發(fā)作。

此款軟件為我們提供了4種對齊方式：特征對齊、最佳擬合對齊、RPS（Referenz Puckt System）對齊和手工對齊。

特征對齊主要應(yīng)用于外形規(guī)則零件，通過創(chuàng)建在模型和點云上對應(yīng)的特征擬合，達到數(shù)模和點云對齊。

最佳擬合對齊主要應(yīng)用無特征的自由曲面物體，車門玻璃適合應(yīng)用此對齊方式。最佳擬合對齊是軟件利用自身擬合功能，不斷地調(diào)整點云與數(shù)模匹配，直至他們重合部分最大化。

RPS對齊是基于參考點系統(tǒng)的對齊，RPS即汽車設(shè)計制造過程中貫穿前后的基準點系統(tǒng)，是目前在大眾汽車中應(yīng)用的一種定位體系，它被利用來保證汽車零部件尺寸穩(wěn)定性和零部件功能。適合于有定位孔、槽等特征的零件。

手工對齊是通過移動、旋轉(zhuǎn)命令來人工調(diào)整點云使之與數(shù)模對齊。

根據(jù)所檢測零件的情況，在此選用特征對齊。特征對齊需要我們在定義為參考的CAD數(shù)據(jù)上找出相關(guān)的特征，此軟件能自動識別點、面、圓、圓柱、圓錐，我們可以根據(jù)所檢測零件的特征進行合理的選擇，根據(jù)零件的安裝工藝，選擇2個安裝螺栓過孔及安裝貼合面為特征?？赏ㄟ^命令特征｜快捷特征執(zhí)行運算，CAD數(shù)據(jù)上定義對齊特征后，需要在點云上創(chuàng)建與之相對應(yīng)的特征，此步驟可通過命令特征｜自動創(chuàng)建執(zhí)行。此過程中如發(fā)現(xiàn)所選的特征不合適或者錯誤可以進行更改及刪除。

對齊完成后即可執(zhí)行產(chǎn)品3D比較，通過分析｜3D分析來執(zhí)行運算，最終的結(jié)果通過不同的顏色段（即色譜）來區(qū)分，根據(jù)檢測精度的要求，可以定義顏色的數(shù)量，顏色越多則顯示越精確，分析結(jié)果同時顯示最大偏值、最小偏值、正負偏值和標準偏差（圖2）。

通過分析模塊中的創(chuàng)建注釋我們可以得出點云上的點相對于CAD模型上的XYZ的偏差及3D偏差值，使比對結(jié)果量化，而不是一個區(qū)間值。此結(jié)果可輸出EXCELE格式的表格（圖3）。

為確切地表述某一斷面的偏差情況，可以進行2D比較，通過分析｜2 D分析來執(zhí)行計算。截面可以在數(shù)模的坐標系中通過基準坐標系移動、旋轉(zhuǎn)變換，也可以通過點來構(gòu)建截面截取斷面。

為便于觀察偏差狀態(tài)，可以把點云文件進行隱藏。

Geomagic Qualify可根據(jù)操作過程自動生成報告文件，文件格式包括PDF，WORD，HTML，EXCELE等多種格式，以便部門之間數(shù)據(jù)共享，其明顯的特點是PDF格式的報告文件可以進行3D瀏覽，給會議演示提供了便利。報告文件格式可以根據(jù)企業(yè)的特點進行編輯，使之符合企業(yè)標準化要求（圖4）。

從上面的分析結(jié)果我們可以確認支架的焊接位置不對，可以初步判定焊接夾具存在問題。彎管成型是否存在與數(shù)模不一致,需要重新單獨進行比對。

為驗證彎管是否符合數(shù)模，利用上述操作單獨對彎管進行進一步確認。首先刪除CAD模型中的2個板金支架，需要刪除兩支架的點云。刪除支架的CAD模型及點云如圖5所示。

再次把CAD模型文件及點云文件導(dǎo)入到Geomagic Qualify中，按照上文中的步驟設(shè)定好參考文件及測試文件。根據(jù)所比對零件的特點，刪除支架后的零部件因沒有相關(guān)的孔及凸臺等作為對齊特征，在此我們選用最佳擬合對齊，再執(zhí)行3D比對（圖6）。

上圖分析結(jié)果顯示彎管存在偏差。按此步驟再分別對2個板金支架進行檢測分析，以確定零部件整改的最終對象。

從以上分析可知，綜合兩款軟件的優(yōu)點，我們可以快速判別零部件質(zhì)量問題。避免CMM測量的繁瑣，生成的報告直觀明了，便于我們傳遞給零部件供應(yīng)商進行確認整改及內(nèi)部信息傳遞。實踐證明結(jié)合Geomagic Qualify和CATIA V5對零部件進行非接觸式測量檢測，體現(xiàn)了專用檢具和CMM測量所不具備的優(yōu)勢，極大地提高了檢測效率。

3 結(jié)束語

結(jié)合工作實例,應(yīng)用Geomagic Qualify V12實現(xiàn)汽車零件品質(zhì)的快速分析。該軟件操作方便，結(jié)果準確明了，在實際的品質(zhì)管理方面具有很好的應(yīng)用效果，為整車質(zhì)量提供了有力的技術(shù)支撐，也為汽車零部件檢測手段提供了一種新思路。

［1］王植槐，等.汽車制造檢測技術(shù)［M］.北京:北京理工大學出版社，2000.

［2］王永輝.基于非接觸測量的汽車零件品質(zhì)分析［J］.機電工程技術(shù)，2006，35（1）：98-99.

［3］GEOMAGIC Inc..http://www.geomagic.com.

［4］鄒付群，等.基于Geomagic Qualify軟件的沖壓件回彈檢測［J］.機械設(shè)計與研究，2010，26（2）：79-81.