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一、概述
沖壓成型和注塑成型是汽車零部件制造的基本手段。據(jù)統(tǒng)計，汽車制造中有70%～80%的零部件需經(jīng)模具成型。汽車外飾件大都采用沖壓成型，而內(nèi)飾件多采用注塑成型。因此，沖壓和注塑工件的制造工藝水平及質(zhì)量，對汽車制造質(zhì)量和成本有直接的影響。
模具是沖壓和注塑成型的關鍵工具， 模具制造成本和周期對汽車的制造成本以及新產(chǎn)品的開發(fā)周期有重要影響。目前，國外汽車界提出縮短產(chǎn)品的市場化周期、降低產(chǎn)品開發(fā)費用和減輕汽車質(zhì)量的發(fā)展戰(zhàn)略，其中的一個重要環(huán)節(jié)就是降低車身件模具的制造費用和縮短生產(chǎn)周期。同時，模具制造技術也正向高效節(jié)能、安全清潔的生產(chǎn)方向發(fā)展。 將檢測設備貫穿在模具的制造環(huán)節(jié)中，能夠?qū)庸ぶ械哪＞哌M行階段性的有效監(jiān)控和檢查，快速地反饋制造中的問題，為工程技術人員的工藝修改提供依據(jù)；將檢測設備應用在模具試制階段中，能夠?qū)μ摂M或?qū)嶋H的配合關系進行分析，對模具合模狀態(tài)提前預警，大大縮短了制造周期，減少了制作成本；將檢測設備應用在模具驗收階段中，可以以數(shù)字化的形式記錄模具狀態(tài)，存檔數(shù)據(jù)備份，從而為后期模具修改及精度恢復提供原始根據(jù)。
由此可見，適用于模具生產(chǎn)環(huán)境及制造工藝要求的檢測設備，在模具的整個制造環(huán)節(jié)中是非常重要的。因為模具的檢測或問題診斷，往往發(fā)生在制造過程中，而且模具重量一般較大不易搬離，因此除測量功能需滿足檢測要求以外，檢測設備還要具備能夠在焊接、，沖壓等惡劣環(huán)境條件下工作，而且具有可移動的功能。
二、白光拍照測量技術及主要應用
近年來，工業(yè)測量不再只局限于局部點及形位公差的測量，而是在此基礎上更側重于最終產(chǎn)品的外觀形狀的質(zhì)量控制, 因此光學測量技術以其測量數(shù)據(jù)的完備性，測量及分析方法的多樣性而在工業(yè)測量中占有越來越重要的地位。作為光學測量的一種，白光拍照式測量設備則以其高效率，便攜性的特點在模具制造中應用尤為突出，得到越來越多的關注。
拍照式測量機Cognitens WLS400，提供了一個多功能的測量平臺，可在工業(yè)制造尤其是汽車試產(chǎn)和量產(chǎn)階段完成焊裝夾具和模具的開發(fā)試驗、零件和總成件的校準以及復雜的根源分析。
Cognitens WLS400由一個投影鏡頭及三個拍照鏡頭組成，采用高速單幅立體成像與無規(guī)則點陣投影相結合的技術，三個拍照鏡頭可以在0.01s之內(nèi)快速捕捉投影鏡頭所投射在工件表面的圖像，并通過特有的算法重構三維點云數(shù)據(jù)，進而在軟件中形成標準的三維檢測報告。由于高頻快門數(shù)據(jù)采集時間極短，毫秒之間即可從測量物體表面獲取數(shù)據(jù)信息，測量性能不受振動、工業(yè)照明或溫度變化的影響,且其結構緊湊，操作簡便，從模具設計開發(fā)到完善再到最后的模具上線的各環(huán)節(jié)，Cognitens WLS400均能對各種疑難問題提出綜合的解決方案。
三、拍照式測量機：快速完成型面測量與分析
拍照式測量機作為一種新型的型面測量技術，具有數(shù)據(jù)采集量大，效率高的特點。海克斯康集團最早與美國通用汽車公司合作，已有5年多歷史將拍照式測量系統(tǒng) (Cognitens)用于汽車車身件的測量。不同于其他僅用于逆向工程的設備，新推出的WLS400的曝光時間小于千分之一秒，這得益于高靈敏度的成像器件和高速快門技術，將環(huán)境振動的影響幾乎完全消除。因此也并不需要固定的相機三角架和工件的固定隔振。實際上，該系統(tǒng)是地道的手持設備，操作方便而可靠，這是生產(chǎn)車間使用的重要要求。該系統(tǒng)的另一顯著特點是不需要在工件上粘貼大量用于保證精度的參考目標，僅有少量用于找正用途的參考點即可。 由于汽車模具和車身件的緊密關聯(lián)性，拍照式測量系統(tǒng)被用于模具行業(yè)，就是順理成章的事。通過在現(xiàn)場環(huán)境下快速測量，有效地縮短了模具制造周期。尤其在現(xiàn)場修模、根源問題追溯中其優(yōu)勢尤為明顯。
以下列舉 WLS400白光測量設備在模具制造環(huán)節(jié)中的幾種典型應用案例。 1. 毛坯件加工前智能逆向——防止空切及大進刀量
眾所周知，模具的鑄造毛坯件因材料的收縮引發(fā)無法控制的變化量，所以粗加工余量往往是個不確定值。因此在實際的機加工過程中，毛坯件粗加工時無法避免空切（銑刀沒有實際加工到毛坯）和大進刀量（銑刀銑削面積過大），導致浪費機床工時，損傷機床部件和刀具。
拍照式測量機因其能快速的對毛坯的外表面進行數(shù)據(jù)采集和智能逆向，生成STL三維三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并結合CAM軟件，快速設計出最合理的粗加工路徑，大大提高了機床的利用率（通過與北美荻原的合作分析提升約在20%左右），并對刀具和機床起到保護作用，大大降低了機床維護成本。
2. 模具調(diào)試階段的快速測量
眾所周知，模具型面是按零件的CAD數(shù)模加工而成的，但最終的要求是成型后的零件符合CAD數(shù)模，而并不是模具本身。因此反復大量的試模和修模是必不可少的，而且是影響生產(chǎn)周期的主要因素。這期間，對零件的型面測量是一項費時而細致的工作，拍照式測量系統(tǒng)則可以完美地完成這一任務。
由于拍照式測量機的高速性，可以實現(xiàn)快速的現(xiàn)場測量，從而使原先的修模（紅丹粉試模→工人經(jīng)驗修模）提升為數(shù)字化測量和加工模式（拍照式測量→精修模具），可以實現(xiàn)精確加工大大節(jié)約試模的時間。
3. 連續(xù)模各模之間的調(diào)整
在連續(xù)模的生產(chǎn)過程中，會用到類似裝配過程中的過程監(jiān)控。舉例來說，有一套四序模具，經(jīng)四步?jīng)_壓成型后可能發(fā)現(xiàn)最終結果不能滿足要求。產(chǎn)生這種結果的原因有很多種，但是問題出現(xiàn)后的分析往往需要大量的試模過程和人工經(jīng)驗判斷。
拍照式測量能同步記錄同一個零件在各工序間的變化過程，并可對應任一工序的半成品中的任一測點進行橫向跟蹤分析。
當四序模具在成品件部分發(fā)現(xiàn)問題時，可回溯四序中任一工序找出問題所在，大大節(jié)省了試模材料和時間，并由以前只能依靠經(jīng)驗的修改變成清晰而直觀的量化修改方式。
4. 小批量生產(chǎn)中的統(tǒng)計分析功能
對交付的模具產(chǎn)品，客戶并不完全關心和了解模具在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制手段，只關心兩點，即，零件的合格率（或稱PIST）以及模具的重復性（或稱R&R）。此項工作的核心是大量的數(shù)據(jù)測量，使用傳統(tǒng)的CMM測量效率極低。
拍照式測量技術能非常完美地解決了這個問題。首先，拍照式測量是一種面測量手段，也就意味10個測點和100個測點甚至1000個測點的測量速度是一樣的，單個零件的測量速度大大高于傳統(tǒng)CMM測量。其次，白光測量的圖形化顯示和自帶的報告模板編輯能力使得PIST計算和小批量的R&R計算全部在程序內(nèi)部完成，提高了精確性。
5. 合模分析
為檢查上下模之間的間隙，需要進行合模試驗，這同樣是一件困難而耗時的工作。
采用WLS400 系統(tǒng)可以提供快速測量和數(shù)字化裝配，模擬合模效果。對上下模分別測量后，在系統(tǒng)提供的軟件中進行數(shù)字裝配操作，就可以檢查任意截面上的間隙大小，為修模提供定量的依據(jù)。凸模/凹模測量數(shù)據(jù)見圖7。
6.成品數(shù)據(jù)保存
經(jīng)試模合格的最終成品模具，其面形往往早已偏離了最初的理論數(shù)模。為保證日后的復制和維修，必須作數(shù)據(jù)保存，這實際上是一個簡單的逆向工程數(shù)據(jù)采集工作，用白光系統(tǒng)就可以非常容易地完成。
四、 結論
Cognitens WLS400白光測量作為一種新興的快速測量手段，特別適合型面測量。和其他同類測量方法相比，能在更惡劣的環(huán)境下使用(不怕振動、車間粉塵及油污染），成為一種非常理想的現(xiàn)場檢測設備。加上專業(yè)開發(fā)的應用軟件系統(tǒng)，簡單易懂的圖形顯示，多種的報告及分析手段，將給模具行業(yè)帶來全新的測量控制手段，可完成工業(yè)設計、產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量評估、現(xiàn)場測量、過程檢測、模具的設計與試制、現(xiàn)場根源分析和車輛試產(chǎn)支持等各種測量與檢測任務，從而在模具的生產(chǎn)加工過程中發(fā)揮越來越重要的作用。
〔撰稿人：海克斯康測量技術（青島）有限公司王晉、廖魯〕
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