基于UG的汽车钣金间隙面差识别技术.pdf

基于 的汽车钣金间隙面差识别技术柴子涛李 明韦庆癑王 辉（上海市智能制造及机器人重点实验室）摘要：随着汽车工业发展，人们对车身品质的要求越来越高。车身零件本身形状复杂，传统间隙面差三维公差标注方式需人工选择模型上所有的面差间隙面与对应三维公差标注关联，但会耗费大量的人力，且准确性低。本文基于 二次开发技术，开发了一种间隙面差识别技术，能快速准确地识别汽车钣金件的间隙面、面差面、间隙面差中线，并提出算法优化方法，大大提高了产品设计的效率。关键词：三维公差标注；间隙面；面差面 ：，：；引言随着汽车工业发展，人们对车身品质的要求越来越高，从外观造型到内饰材质、外观的面品光影到车门的间隙面差，每一个细节都会决定客户对产品的认可。在车身装配过程中，若覆盖件之间存在较大的间隙和面差，则会直接影响车身的整体外观、密封、开关流畅性以及风噪，因此，必须对其间隙面差质量状态进行严格把控 。车身零件本身形状复杂、功能要求各异，为前期的完整准确标注带来了非常大的挑战，尤其是非均匀面差间隙的三维公差标注，容易使前期标注的精细化程度变低，造成后端检测和质量控制的问题。传统间隙面差三维公差标注方式需人工选择模型上所有的面差间隙面与对应三维公差标注关联，该标注方式会耗费大量人力，且准确性低。因此，本文基于 二次开发技术，开发了一种间隙面差识别技术。间隙面差定义及识别 间隙面差定义车身装配过程中，各零部件的制造误差会以间隙面差的方式体现。目前，企业对车身钣金件的测量通常采用接触式测量或非接触式测量的方式。其中，接触式测量主要采用三坐标测量机；而非接触式测量主要是基于光学、声学的基本原理，将物理模拟量通过相应算法转化为模型表面的三维坐标信息，柴子涛等：基于 的汽车钣金间隙面差识别技术完成物体表面的数据采集 。但两种测量方式都存在两点问题：（）白车身零件扫描规范不明确。采用扫描仪进行零件扫描存在一定复杂性，位于车间的扫描工程师仅凭现场零件，很难判断其扫描区域。因此，会出现扫描提取的点云文件未完整包含匹配区域的情况，造成后续分析困难。（）模型建模复杂。由于白车身零件极高的造型要求，设计师会采用复杂曲面描述零件表面，但目前三维建模软件本身的局限性，软件无法用一个完整的曲面描述，而是呈现为多个碎面的集合。因此，该碎面会受同样的公差约束，若测点生成时，曲面造型不同，采用不同的规则进行测点的配置，则会造成检测结果的不准确。因此，为了提高车身钣金件在测量评价时的效率和准确率，对前期设计模型提出了更高要求。测量工程师需从设计图纸中准确知道需要测量评价的间隙面差面。如图 所示，通常间隙面差的评价模型是测量基准件和相关件 。相关件上一点到基准件延伸的一条直线的高低位置距离为面差值；零件上形成面差值的面为面差面；基准件和相关件之间的最小缝隙距离为间隙值；零件上形成间隙值的面为间隙面。?图 间隙面差定义 间隙面差识别原理使用三坐标测量仪测量间隙面差时，测量工程师需从零件图纸中分别获取面差面、间隙面、间隙面差分界线，再进行撒点、形位公差评定等工作。目前，企业在设计阶段对车身钣金件间隙面差面的定义主要是通过人工选择。工程师需依靠经验和钣金造型选择需要进行行位差评定的间隙面差面。该方式不仅会耗费大量的时间，还容易遗漏重要造型面，尤其汽车钣金件模型存在碎面多的特点，更易在人工选择时产生疏漏。因此，本文提出一种基于 二次开发的汽车钣金件间隙面差识别的智能算法，总体流程图如图 所示。该算法能快速、准确识别汽车钣金件上的面差面、间隙面、间隙面差分界线。面差面、间隙面、间隙面差分界线三者具有相互关联性，在保证其中一种类型快速准确识别后，便能快速推理另外两种类型。本文间隙面差识别方法是：首先对面差面进行识别，并通过相应的优化算法提高面差面识别的速度和准确度；然后基于三者类型的关联性，先后推理间隙面和间隙面差分界线。?图 间隙面差识别算法流程图根据间隙面差定义，间隙面差识别过程主要包括以下几点：（）面差面识别如图 所示，在汽车钣金零件中，一对匹配零件上的面差面 、的法向方向 、相近，且朝向零件外侧。零件面差面大致朝向可在通过 二次开发的间隙面差识别插件中指定，如图 所示。获取到面差面大致朝向后，首先筛选零件上所有与面差面大致朝向夹角小于 的面。该过程可剔除大量无关面，仅保留图 中的 、，能有效减少后续计算无关面的时间。?图 所有面分布及方向向量示意图 计量与测试技术 年第 卷第 期图 间隙面差识别 界面由面差面的定义可知，相关件上的面差面与基准件的最小距离应小于等于最大理论间隙值，其中最大理论间隙值可在图 中设置。因此，通过依次测量相关件上筛选后的面与基准件筛选后的面的距离，可得理论面差面。相关件上的不同类型面与基准件的最小距离如图 所示。基准件和相关件按外法向向量筛选后的面之间的距离测量结果如表 所示。对距离按照最大理论间隙值筛选后，可分别锁定基准件和相关件的面差面。其中相关件面差面 码为 、，基准件面差面 码为 、。?图 相关件的不同类型面与基准件的最小距离表 基准件和相关件筛选过后的面之间的距离相关件面 码基准件面 码 （）间隙面识别由图 可知，在汽车钣金零件中，一对匹配零件上的间隙 面 、是 紧 邻 面 差 面 、。因此，识别完面差面后，可搜索所有与面差面相邻的面。该面差面的邻面包含间隙面和面差面识别过程中识别的朝向零件外侧的面，删去朝向零件外侧的面即可获得所有的间隙面。（）间隙面差分界线识别识别完面差面和间隙面后，可搜索两个面的公共边，即为间隙面差分界线。在使用三坐标测量机对间隙面差测量时，可通过间隙面差分界线确定撒点边界。最终效果如图 所示。?图 间隙面差识别结果效果图间隙面差识别算法优化方法该方法识别间隙面差面仍存在两点问题，即：（）识别计算时间长。汽车钣金件造型复杂、曲面多，若所有曲面两两配对进行距离检测，将会耗费 以上的计算时间。（）识别面有漏缺。汽车钣金数模上存在很多碎面，在面差面识别过程中，容易遗漏。而间隙面和间隙面差分界线是由面差面得到，当面差面缺失时，会造成两者缺失，影响总体识别情况。（）最小包容体缩小匹配范围一对匹配零件的面差面都是相对距离较近的柴子涛等：基于 的汽车钣金间隙面差识别技术面，可通过创建包容体筛选大量的无关面。首先，每个匹配零件分别创建最小包容体，并向每个方向进行一定偏置，如图 （）所示；然后，将最小包容体与对手件进行简单干涉，如图 （）所示；最后，生成干涉体，且干涉体减少了模型 左右的面，如图（）所示。由此可知，生成完干涉体后，可在干涉体上进行所述间隙面差识别。若每个零件减少 的匹配面，则能减少 的匹配时间，将大大提高间隙面差识别时间。?图 包容体缩小匹配范围过程图（）面差面补漏方法面差面识别过程中，可能会引起面差面缺失，如图 所示，该情况在数模碎面较多的时候比较常见。因此，为了提高识别准确率，需对识别后的面差面进行修补。首先，将识别的面差面进行两两配对，并检查两个面是否相邻。若不相邻，则需分别获得识别的面差面 、上的所有邻面，并对比邻面是否有重叠。若重叠，则为缺失面。完成所有面差面两两配对后，即完成面差面的修补。?图 面差面缺失示意图 结论为解决现有的车身钣金件间隙面差三维公差标注前期标注的精细化程度低、耗时长的问题，本文提出一种基于 二次开发技术的间隙面、面差面识别方法，对车身钣金件的间隙面、面差面基于几何定义进行自动识别。同时，提出优化算法，提高了识别速度和识别准确度。高效解决了汽车钣金件设计过程中间隙面差三维公差标注的实际难题，大大减少了三维公差标注时间，提高了准确率。参考文献 张中日，李明，韦庆癑 基于 虚拟匹配间隙面差计算分析研究 计量与测试技术，（）：张妮，刘伟军 非接触式激光测量系统平台的搭建与实现 微计算机信息，（）：杨金涛，李明，韦庆癑，等 基于 虚拟匹配间隙面差测量规范研究 计量与测试技术，（）：（上接第 页）（）北斗的三号天线方面常用频段分布更为分散，需天线具有多频段或全频段工作的特性而，从而增加抗干扰性能。（）北斗三号终端方面，民用北斗三号终端现有的数量较少。很多正在研制中，各家终端在性能参数上与北斗二号基本一致，应增加北斗三号的相应频点，使部分项目提升。（）终端的研制进展情况受制于相关的标准和规范文件，只有健全和完善相关的指导性文件才能推进终端的应用发展。因此，建议加快相关指导性文件的出台。结束语本文针对北斗三号终端产品及核心部件研制进展调研分析，重点统计该产品及核心部件在国内的分布和关键性能参数情况，对发现的问题提出了相关意见，为拓展北斗三号卫星系统应用服务领域，完善测试能力升级研究提供了参考。参考文献 梁楠，高志军，代洪卫 北斗三号格式化短报文传输技术与推广应用 中国自动识别技术，（）：俞毅 北斗三号技术在海事中的应用与展望 中国海事，（）：杨双，支春阳，郝立芳 基于北斗三号的人防警报控制系统及应用 卫星应用，（）：柴海山，陈克杰，魏国光，等 北斗三号与超高频 同震形变监测：以 年青海玛多 地震为例 武汉大学学报（信息科学版），（）：计量与测试技术 年第 卷第 期