郝 博，施 華，何 利

(1.遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009;2.沈陽理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，沈陽 110159)

鈑金零件一般是由平板或帶料毛坯經(jīng)過成形、彎曲和沖切等加工工序加工而成，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、電子、輕工等行業(yè)，在大型飛機中，鈑金零件數(shù)以萬計。隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，對其精度的要求也越來越高。目前，沈飛對民機鈑金零件的檢驗仍采用傳統(tǒng)的方法對其測量，其專用測量設(shè)備龐大，精度低，通用性差［1］。信息技術(shù)的發(fā)展為制造業(yè)發(fā)展提供了新的平臺，也為數(shù)字化模型檢測提供了方便［2］。在機械制造行業(yè)中，鈑金零件數(shù)量很多，尤其是飛機和汽車鈑金形狀越來越復(fù)雜、表面質(zhì)量和精度要求越來越高。傳統(tǒng)的檢驗方法已經(jīng)很難保證高精度的要求，迫切需求面向全三維數(shù)字化設(shè)計制造系統(tǒng)，展開基于三維模型的鈑金零件數(shù)字化檢驗技術(shù)研究。

采用便攜式光電設(shè)備掃描鈑金零件，將鈑金零件復(fù)現(xiàn)到計算機上，與該鈑金零件的理想模型比對，獲得該鈑金零件的誤差。這種檢測手段精度高、環(huán)保、經(jīng)濟效益高。但是從鈑金零件三維模型中提取檢測信息成為關(guān)鍵問題。基于CATIA 平臺，采用VC++6.0工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)調(diào)用CATIA 的API 函數(shù)對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，從鈑金零件三維模型提取出設(shè)計參數(shù)，獲得檢驗信息，同時對檢驗方法進(jìn)行規(guī)劃。最終運用于沈飛鈑金零件的檢驗。

1 鈑金零件檢驗現(xiàn)狀

雖然數(shù)字化這一概念已經(jīng)深入到機械制造行業(yè)的各個階段，但在國內(nèi)飛機鈑金零件制造，包括課題組在沈飛的大量調(diào)研結(jié)果表明，目前，飛機鈑金零件檢驗的數(shù)字化應(yīng)用還處于嘗試階段。鈑金零件的最大特點是薄易變形，這是制約鈑金零件用高精度數(shù)字化設(shè)備(例如三坐標(biāo)測量機)檢驗的首要因素，因為在這些設(shè)備上檢驗需要脫離鈑金的支撐裝置，如果鈑金零件稍大的話在自身質(zhì)量就會變形，而且這類設(shè)備多為接觸式的，在測頭接觸鈑金時會加劇其變形，只有少數(shù)剛度較好的飛機鈑金零件的某些高精度要求幾何要素的檢驗用到了數(shù)字化檢驗設(shè)備，例如某些較大飛機鈑金零件上的裝配孔的檢驗，如果裝配孔的位置精度不滿足要求在裝配時再進(jìn)行修整比較麻煩。因此，目前飛機鈑金的檢驗多數(shù)情況仍然在精度較低的傳統(tǒng)檢驗手段上。目前，國內(nèi)鈑金零件的檢驗方法是由模線樣板加工出檢驗?zāi)?，將成型后的鈑金零件貼模檢查，判斷零件是否合格，這種檢驗方法中間環(huán)節(jié)多會產(chǎn)生累積誤差。零件在加工過程中無法發(fā)現(xiàn)模線樣板的錯誤，只有在裝配時由于零件之間不協(xié)調(diào)才會被查出來，不能滿足鈑金數(shù)字化制造和檢驗的要求。尤其是對于現(xiàn)在飛機設(shè)計的精度要求越來越高，特別是民機的精度要求更為苛刻。

2 光電設(shè)備在機加和鈑金零件檢驗中的應(yīng)用

隨著光電成像設(shè)備和圖像對比軟件的出現(xiàn)，鈑金零件的檢驗有了新的思路。國外該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，如圖1、圖2 所示為國外采用光電設(shè)備對曲面復(fù)雜鈑金零件實施檢驗的過程。國內(nèi)有學(xué)者也展開了相關(guān)研究，徐鳳等［3］對基于激光跟蹤原理的飛機形面測量技術(shù)進(jìn)行了研究，馬振華［4］研究了手持便攜式三維掃描測量機在模具制造中的應(yīng)用，朱健軍等［5］對表面三維形貌測量及其評定進(jìn)行了研究。由于光電設(shè)備檢驗的最大優(yōu)勢是不與零件接觸，薄壁零件不會因檢驗設(shè)備的接觸變形影響檢驗精度。所以可同時用于機加和鈑金零件的檢驗。但是該項技術(shù)在國內(nèi)的運用還不成熟。

光電設(shè)備應(yīng)用于鈑金零件檢驗時有其局限性，采用光電設(shè)備檢驗鈑金零件還需要借助比對軟件來完成檢驗，借助比對軟件把掃描的數(shù)模與零件的設(shè)計數(shù)模比對進(jìn)行誤差分析。有時候這種檢驗方法雖然精度高，但是對于較小且精度要求一般的零件，檢驗效率反而不如傳統(tǒng)檢驗方法，所以對于較大或精度要求高以及復(fù)雜的鈑金零件適合采用該方法。該方法較傳統(tǒng)方法的檢驗成本低，不用設(shè)計和制造每個零件專用的檢具，同時也省去了對專用檢具的儲存的麻煩，一般檢具的儲存期長達(dá)幾十年，直到零件所裝備的設(shè)備退役，零件不再生產(chǎn)。但是對于大批量小型號的的零件來說，一旦做出了專用檢具在檢驗時操作方便，且專業(yè)技術(shù)要求不高容易掌握。對這2 種方法的選擇，需要權(quán)衡鈑金零件的精度、型面面積、批量、工期等各因素。因此對零鈑金件的檢驗手段進(jìn)行規(guī)劃是極其必要的。而規(guī)劃的必要條件是需要獲得鈑金零件的所有信息，尤其是零件的幾何信息。

圖1 鈑金零件型面提取

圖2 鈑金零件誤差分析結(jié)果

3 鈑金零件檢驗信息提取

在飛機鈑金零件的數(shù)字化檢驗的大趨勢下，如何保證高效、高精度、低成本的檢驗是新出現(xiàn)的問題。雖然數(shù)字化檢驗精度高，但是相對效率較低，一般精度的飛機鈑金零件不需要如此高的精度要求。傳統(tǒng)檢驗手段效率較高，但是檢驗工裝的制造成本不低，且檢驗工裝存儲不便。權(quán)衡諸多因素如何規(guī)劃出某飛機鈑金零件如何種檢驗方法檢驗是首要解決的問題，解決這一問題如何高效、準(zhǔn)確提取鈑金零件的幾何信息是分析鈑金零件檢驗手段的關(guān)鍵，針對飛機鈑金零件設(shè)計時一般采用CATIA 三維造型軟件，提取鈑金零件的特征應(yīng)從零件的三維數(shù)模入手，在CATIA 平臺上，采用VC++6.0工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)(Component Application Architecture，CAA)調(diào)用CATIA 的API 函數(shù)(CATIVisitor_varaStandardVisitor = spCkeFact - ＞CreateStandardVisitor(IID_CATICkeParm，＆list))對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，提取出鈑金零件三維數(shù)模的具體特征，儲存在Excel 表格中，便于查閱和歸類。實現(xiàn)對三維模型的特征數(shù)特征提取。CATIA 二次開發(fā)零件參數(shù)提取部分主要程序如下:

在此以汽車儀表盤支架(圖3)為例展示鈑金零件在CATIA 平臺下利用CAA 進(jìn)行參數(shù)提取的過程。圖4 為CAA提取界面，通過VC++6.0 和CAA RADE 開發(fā)工具對CATIA二次開發(fā)來實現(xiàn)。經(jīng)二次開發(fā)后的CATIA 可在其設(shè)計界面內(nèi)添加零件參數(shù)提取專用選項按鈕，通過點擊按鈕來響應(yīng)零件的參數(shù)提取。圖5 為點擊CATIA 設(shè)計礦口中零件參數(shù)提取按鈕后，儲存為指定Excel 表格的鈑金零件的設(shè)計參數(shù)，在該表格中可以查詢該鈑金零件的所有特征和設(shè)計參數(shù)，便于做出針對該零件的檢驗規(guī)劃。

圖3 汽車鈑金零件

圖4 CAA 零件參數(shù)提取界面

圖5 鈑金零件參數(shù)

4 結(jié)論

本文介紹的基于三維模型提取檢測信息用于規(guī)劃飛機鈑金零件的檢驗手段是切實可行的，在CATIA 平臺上，采用VC++6.0 工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)調(diào)用CATIA 的API函數(shù)對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，提取出鈑金零件的設(shè)計參數(shù)和檢驗信息，為鈑金零件提供檢驗依據(jù)。鈑金零件數(shù)字化檢驗尚處于起步階段，從傳統(tǒng)的檢驗方法過渡到數(shù)字化檢驗仍有許多問題需要解決，傳統(tǒng)的檢驗方法和光電設(shè)備數(shù)字化檢驗還需要并存，因此，在對鈑金零件檢驗時要考慮哪種方式更適合，規(guī)劃其檢驗方式。

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［3］徐鳳. 基于激光跟蹤原理的飛機形面測量技術(shù)研究［D］.長春:長春理工大學(xué)，2006.

［4］馬振華.手持便攜式三維掃描測量機在模具制造中的應(yīng)用［J］.模具制造，2009(7):9-10.

［5］朱健軍，鐘淵，劉泊.表面三維形貌測量及其評定的研究［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2009，14(1):43-46.

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