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

陳 博，李秀梅 Chen Bo，Li Xiumei

（1.廣汽長豐研發中心，湖南長沙 414011； 2.北汽福田長沙汽車廠技術中心，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。其優點是測量方法簡單,測量效率高,測量結果準確，檢測成本低。缺點是只能檢測二維數據。

1.2 專用檢具檢測

對零部件開發專用的檢具,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。其優點是測量方法簡單，檢測范圍區間較廣。缺點是測量效率低，需要開發專用的檢具，檢具具有專一性，不能對零部件進行全尺寸檢測，最終結果需要根據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商自行開發使用，主機廠對采購零部件質量管控在空間上存在一定困難。

1.3 CMM

三坐標測量現已廣泛地應用于汽車零部件質量檢測中，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。其優點是測量精度高、適應性強。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生相互作用的物理現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。其優點是測量范圍廣，測量精確，受測量空間的限制小，適應性強，效率高，分析結果明朗。缺點是需要專業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，裝車現場反映發動機熱水軟管裝配困難，通過現場分析，最終問題歸結于發動機熱水硬管上，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，還是單件存在質量問題無法從表面立即判定。此零件供應商開發有專用檢具，因檢具設計考慮不全，需要檢測區域無檢測塊，且檢具為總成檢具，單件無法在上面進行檢測?；谝陨显颍诖瞬捎梅墙佑|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，它的意義在于能夠將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，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據，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入到具有逆向功能的專業軟件中進行處理。在此我們把點云導入到CATIA軟件中的Digitized Shape Editor模塊中進行后處理。在CATIA V5中通過Insert｜import命令導入掃描數據，可同時選取多個文件以便拼接分區間掃描的點云,掃描文件格式支持Asc ii，Stl，Cgo等，點云導入后，通過Insert｜Cloud Edition｜Remove中的（Pick，Brush，Trap，Flood） 刪除點云中噪點和飛點，上述操作的目的是為了避免重構后的數字化模型發生畸形，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比對觀察方便（圖 1）。

（3）利用Geomagic qualify軟件對掃描數據和零部件數模進行比對

因Geomagic qualify與CATIA V5格式不兼容，比對前需把熱水管的數學模型由catiaprt格式轉換成軟件能夠識別的igs或Stp格式后再導入到軟件中，導入后需定義零件數模為參考模型，再導入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，否則后續操作無法進行。因三維掃描時樣件任意擺放，它和數模不在同一坐標系下，無法立即比對。比對前需把點云和數模先進行對齊。

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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。

特征對齊主要應用于外形規則零件，通過創建在模型和點云上對應的特征擬合，達到數模和點云對齊。

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

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

手工對齊是通過移動、旋轉命令來人工調整點云使之與數模對齊。

根據所檢測零件的情況，在此選用特征對齊。特征對齊需要我們在定義為參考的CAD數據上找出相關的特征，此軟件能自動識別點、面、圓、圓柱、圓錐，我們可以根據所檢測零件的特征進行合理的選擇，根據零件的安裝工藝，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｜快捷特征執行運算，CAD數據上定義對齊特征后，需要在點云上創建與之相對應的特征，此步驟可通過命令特征｜自動創建執行。此過程中如發現所選的特征不合適或者錯誤可以進行更改及刪除。

對齊完成后即可執行產品3D比較，通過分析｜3D分析來執行運算，最終的結果通過不同的顏色段（即色譜）來區分，根據檢測精度的要求，可以定義顏色的數量，顏色越多則顯示越精確，分析結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，使比對結果量化，而不是一個區間值。此結果可輸出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分析來執行計算。截面可以在數模的坐標系中通過基準坐標系移動、旋轉變換，也可以通過點來構建截面截取斷面。

為便于觀察偏差狀態，可以把點云文件進行隱藏。

Geomagic Qualify可根據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，以便部門之間數據共享，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企業的特點進行編輯，使之符合企業標準化要求（圖4）。

從上面的分析結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模不一致,需要重新單獨進行比對。

為驗證彎管是否符合數模，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入到Geomagic Qualify中，按照上文中的步驟設定好參考文件及測試文件。根據所比對零件的特點，刪除支架后的零部件因沒有相關的孔及凸臺等作為對齊特征，在此我們選用最佳擬合對齊，再執行3D比對（圖6）。

上圖分析結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，綜合兩款軟件的優點，我們可以快速判別零部件質量問題。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商進行確認整改及內部信息傳遞。實踐證明結合Geomagic Qualify和CATIA V5對零部件進行非接觸式測量檢測，體現了專用檢具和CMM測量所不具備的優勢，極大地提高了檢測效率。

3 結束語

結合工作實例,應用Geomagic Qualify V12實現汽車零件品質的快速分析。該軟件操作方便，結果準確明了，在實際的品質管理方面具有很好的應用效果，為整車質量提供了有力的技術支撐，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［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分析［J］.機電工程技術，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］.機械設計與研究，2010，26（2）：79-81.