青岛欧特美股份有限公司   陈小平 

关键词：三坐标测量  玻璃钢  扫描  Geomagic Studio  Geomagic Qualify

 

一、引言

玻璃钢又叫玻璃纤维增强塑料，它作为一种新型的复合材料，具有强度高、质量轻等优点。随着现代工业的发展及人们对产品外形要求的不断提高，玻璃钢产品的外型设计越来越复杂，常规测量已经无法满足测量要求，多数情况只能借助于三坐标进行产品的尺寸测量。但是玻璃钢产品具有非刚性特点，即玻璃钢的成型工艺与金属产品的成型工艺相比，存在一个“脱模就变形”的特点，所以即使采用三坐标进行测量也会由于产品脱模时的变形而造成测量结果与产品实际尺寸的不吻合。本文中，作者总结实际应用经验并结合玻璃钢产品自身特点及其制造过程，总结出了一种快速准确的测量方法。

 

二、软硬件介绍

针对玻璃钢产品曲面复杂的特点，作者采用非接触式的测量方法进行产品测量。硬件为星科（CIMCORE）公司产的关节臂设备并配备Perceptron扫描头，软件为Geomagic公司开发的专业的三维检测软件Qualify，该软件经过了德国国家计量学院（PTB）的最高精度认证并通过了PTB对曲面和曲线拟合算法的严格标准。拟合结果与正式参考值比较，精确到在长度上误差少于0.1微米，在角度上误差少于 1/36000度。

 

三、产品成型工艺简述

玻璃钢产品的实现过程大致可分为三个阶段；基模阶段、玻璃钢模具阶段、产品成型阶段。由于玻璃钢模具成型后刚性好，如出现模具尺寸与图纸不符时，无法对模具进行修改；针对基模（木模或石膏模）易修改的特点，产品和模具的外形尺寸控制一般设置在基模阶段。通过控制基模的尺寸，从而控制玻璃钢模具和产品的外型尺寸。一般玻璃钢产品会在其背面粘接金属件，以起到安装、固定的作用。

四、测量方法介绍

对于形状复杂并且常规测量手段无法测量的玻璃钢产品，一般采用三坐标测量仪来测量，通常采用非接触式的扫描头扫描外形，得到产品的点云数据，并使用Geomagic软件将点云数据与3D数模对比，得出测量结果。但是由于玻璃钢产品存在的非刚性特点，在产品脱模后，产品易变形。就算是使用三坐标扫描产品，由于比对时需要用点云数据跟3D数模比对，所以产品的变形会造成测量偏差。

目前，对于玻璃钢产品的尺寸测量一般设在基模阶段，通过控制基模尺寸来达到控制产品尺寸的作用，但考虑到产品安装时依靠的是金属件的空间尺寸，如果金属件安装尺寸错误，可能会在安装时导致此产品跟相邻产品发生干涉现象，所以产品背面的金属件位置与产品正面的相对关系就显得尤为重要。

为了解决既能测量产品正面尺寸又能测量背面金属件空间位置，一般采取的方法是在产品脱模前扫描模具面或者脱模后扫描产品外表面并测量金属件空间位置。但是两种方法都不能准确测量产品，原因如下：

a、如果直接扫描模具面并将该点云数据与3D数模比对，结果只能反映产品正面的偏差，金属件的尺寸无法测量。

b、如果在产品脱模后测量产品的外表面和背面金属件并将点云数据与3D数模比对，可以得出产品正面及其背面金属件的测量结果，但是由于比对时用的是产品的外表面点云作为比对依据，可由于产品的非刚性特点，产品在脱模时会出现“变形”的情况，所以采用该方法测量结果也会与产品实际尺寸不符。

针对上述两点，笔者结合多次的现场测量经验总结出了一种新方法，即“在产品脱模前测量”。下面以火车的前灯罩为例，分别介绍“脱模前测量”、“脱模后测量”两种方法。

 

五、测量过程实现及其方法对比

脱模后检测

将脱模后的产品固定在检测平台上，用Cimcore三坐标测量机配备扫描头，扫描产品外表面得到一组点云数据（见图一），扫描完成后在同一测量坐标系统下，改用硬测头和Qualify软件探测金属件的特征中心得到一组测量数据。

 

图一：点云数据

将上述两组数据分别导入到Geomagic Studio（现名Wrap）软件中合并为一组数据。（由于上述过程中的扫描和测量都是在同一坐标系下完成的，所以该组数据反映的即为产品的尺寸）把该数据和对应的3D数模导入到Geomagic Qualify（现名Control）中，将金属件的特征中心和3D数模上相对应的中心设置为基准特征，利用软件的对齐基准特征功能将设置的特征对齐，3D比对后对结果创建注视和进行特征比较，得出检测结果，从图二中可以看出由于脱模后产品的外表面已发生变形，所以影响了产品的整体测量结果。

 

图二：脱模后产品外表面注释结果

脱模前检测

在模具投产之前先扫描模具面，并在同一测量坐标系下改用硬测头和Qualify软件探测预埋在模具上的三个刚性定位销的中心。

在产品成型并粘接金属件后，再次探测预埋的刚性定位销的中心和产品背面的金属件上特征中心。

由于模具上的三个刚性定位销在两次测量过程前后位置没有发生变化，所以可以利用Geomagic Studio软件的注册功能将上面两组数据通过三个刚性定位销合并，合并后的数据就是产品的点云数据。

将合并的数据和3D数模导入到Qualify软件当中，使用软件的创建特征功能将探测的金属件上的特征中心和3D数模相对应的中心设置为特征并对齐特征。完成后进行3D比较。对显示结果进行特征比较和创建注视。结果如下图所示：

图三：特征比较分析结果

图四：产品外表面注释结果

六、结论

       通过对比上面两种测量方法可知，通过增加定位销的方法并利用Geomagic软件的注册、对齐基准、3D比较、创建注释、特征比较等功能，能巧妙的规避玻璃钢产品“脱模变形”给测量过程带来的影响，在脱模之前就能完成产品的整个测量过程，这样既能缩短测量周期、提高检测效率，又能保证测量精度。