主动型面比对分析法在大型模压成型件型面精度检测中的应用

主动型面比对分析法在大型模压成型件型面精度检测中的应用

 ,岳永天,马维康,王斌,李大为,张永良,康德泰

（兰州兰石检测技术有限公司，甘肃 兰州 730314）

摘  要：大型压力容器的封头多采用分瓣、模压成型法进行预制，待预制完成后将各瓣焊接组装，即可完成封头的制作。在焊接组装过程中往往会发生因模压成型件型面精度控制不到位导致的错边量过大，从而造成返工，极大的影响生产进度。基于此，本文为确认模压成型件型面精度的详细数据，用主动型面比分析法对模压成型件进行了检测，以确保其型面精度满足要求，通过实验操作验证得出型面精度公差，以优化大型模压成型件面工艺，保障模型制作质量。

关键词：手持式激光扫描仪、主动型面比对分析

面比法是一种用于测定表面粗糙度值的方法,可以用来测量不同形状和尺寸制品之间在相同压力下产生的缺陷,它能够快速准确地反映出产品质量[1]。在当今工业飞速发展的时代,模具行业也蒸蒸日上,模具制造水平和生产速度等都有了很大程度提高。而检测技术作为制造业重要手段之一已经成为衡量一个国家产品质量、效益及新产品开发能力最关键的环节。因此对被测件表面进行分析测定就显得尤为必要。

1项目介绍

为确定主动型面分析法在大型模压成型件型面精度检测中的适用性及可靠性，该项目工作人员于2021年6月至2022年11月在兰州兰石重型装备股份有限公司对多个型号的瓜瓣模压成型件进行了验证性实验，并将比对分析数据与样箱检测数据做了详细比对。项目中所使用设备为手持式激光扫描仪，评价方式采用主动型面比对分析法，模压成型件均为冷压成型。

2实验步骤

2.1瓜瓣成型

此过程主要设备为大型油压成型机，制作时将板材吊运至提前选定的模型上，按设计点位逐点压制。在压制过程中操作人员配合特定样板不断检查压制情况，直至所有点位压制完成。压制完成后采用特制样箱对成型瓜瓣进行整体目视检查，若发现区域超差则返工，直至目视检查合格。瓜瓣成型阶段，采用的材料为碳钢与不锈钢爆炸复合板，使用此材料的目的是为了避免铁素体对奥氏体不锈钢表面总称一定的污染，在瓜瓣成型的前后，分别针对是上下胎具表明充分情理与打磨，在确保表明干净平滑的基础上，对应的工件表面也无油脂及氧化皮等物质，确保瓜瓣表面的清洁度达到要求[2]。同时，在压型的构成中，在胎具与成型工件之间使用塑料或者是牛皮纸分离隔开，将相应的污染降低。

2.2获取扫描点云数据

点云数据获取所使用设备为手持式扫描仪，设备开机后用标定板做设备自校准，保证设备在最佳精度状态下工作，避免因设备长期未校准产生的精度误差。在获取扫描点云数据前先对已成型瓜瓣表面用目视、手摸的方式确认检测区域内是否有焊渣、油污、大颗粒附着物等影响检测结果的杂物，如果存在杂物需将杂物清理后在进行下一步。表面清洁完成后布设测量标记点，测量标记点是一种背部具有粘性、表面涂有反光材料圆形贴片，工作时粘贴在检测区域内，起定位标记作用。对金属材料无腐蚀危害，完工后取下即可。

为了能真实地还原工作场景，点云必须是彩色点云，外界环境条件决定着彩色点云的质量。地面三维激光扫描仪工作时对外界环境有一定的要求，温度过高或过低都影响扫描仪电子器件、电池及机械部件的使用性能和寿命。如果外界温度过低，三维激光扫描仪自动增加自检频率，扫描时间变长，点云精度会降低；外界温差过大，水可能在扫描仪内部某些原件上或光学器件上发生冷凝影响三维扫描仪的扫描精度[3]。其次，由于采用可见光的测量模式，三维激光扫描仪在特殊天气下作业时，如大风、灰尘、雾、雨、雪、沙尘暴等恶劣天气，点云的距离噪音会呈几何倍数增大，这样也会导致点云精度的降低，同时对三维激光扫描仪的使用性能和寿命有较大影响[4]。布设测量标记点时要保证所布设的测量标记点覆盖范围以及个标记点之间的间距，表面因标记点布设不合理造成点云数据拾取困难。因此，针对扫描点云数据，为确保提取点云精度，在获取扫描点云数据时，应当注意以下要点：

其一，外出作业时，应根据设计方案来合理的设置扫描分辨率和扫描质量的参数。其二，通过调节扫描分辨率合理安排三维激光扫描仪与标靶球的距离和改变扫描质量来改变点云噪点的多少，为多视点云的拼接提供较好的拼接参照[5]。其三，标识物在扫描中应全部清晰可见，确保标识物不被其他对象遮盖。其四，为了精确、完整的获取物体点云，扫描之前应对物体做适当的处理。例如使用显影剂或防眩光喷雾等材料对物体表面进行处理。其五，根据设计方案合理安排扫描时间，应在扫描仪许可的温度范围内工作，避开高温或低温时段以及避免阳光或其它强光直射。避免在恶劣天气下使用三维激光扫描仪。在规避扫描点云精度影响因素的基础上，以提高获取扫描点云数据的精度，提高大型模压成型件制作的准确性[6]。

2.3分析评价

将设备拾取的成型瓜瓣表面点云数据面片化形成实物扫描模型，并将瓜瓣数模导入分析评价软件。分别在实物扫描模型和数模上选取对应的特征点，利用软件的数模比对功能将两个模型自动对齐并按要求进行特定点位的公差评价即可得到已成型瓜瓣特定点位的型面精度公差。

为了判断压制工艺的准确性，可将公差视图调整为公差色谱图，以便通过色谱图中颜色的变化判断公差分布状况，从而进一步指导和调整压制点位，优化工艺。

3总结

综上，本文应用主动型面比对分析法实现大型模压成型件型面精度检测中的应用分析，面比法是一种在面分析中应用广泛,常用的方法之一。由于其具有较好测量精度、速度快等优点而被广泛应用。但是因为对形状和尺寸关系不熟悉,所以表面检测时容易受到外形轮廓线的限制从而导致误差较大;同时几何参数敏感度高也会造成一定程度上地影响准确率与质量控制要求之间存在着矛盾甚至冲突.因此在工业生产中需要解决面比法参数间相互制约规律及内在联系分析原理问题来提高产品精度、保证制品品质。因此，在大型模压成型件型面的制作和生产中，应用好主动型面比对分析法实现面精度检测，值得被广泛的研究并应用。

参考文献

[1]马维康,王斌等.基于三维扫描技术的曲面精密检测试验[J].机械研究与应用,2019(06):5-7.

[2] 李志瑞, 陈华, 于秀斌,等. 超大空间双曲面大吊顶测量及三维扫描技术应用[J]. 建筑施工, 2021, 043(012):2474-2476.

[3] 李林. 三维激光扫描技术在特异型建筑构件检测中的应用探讨[J]. 工程机械与维修, 2023(1):3.

[4] 刘欢佳, 袁俭, 钟易达. 三维激光扫描曲面结构点云安装复核技术在异形混凝土结构施工中的应用[J]. 城市建筑空间, 2022, 29(10):242-243.

[5] 张文杰. 三维激光扫描技术在铸件检测中的研究应用[J]. 铸造设备与工艺, 2022(003):000.

[6] 陈硕晖, 夏宝东, 齐翰, et al. 三维立体激光扫描技术在大型钢结构构件质量检测中的应用[J]. 建筑技术, 2021.

作者简介: 岳永天(1989- ) ,男,甘肃人，工程师，主要研究方向：计量检测。