專利名稱：一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云在回彈前位置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一套薄板沖壓成型領域，具體為一種基于有限元方法的確定薄 板沖壓件測量點云在回彈前位置的方法。
背景技術：
汽車車身上主要是薄板沖壓件。為了提高車身的安全性，減少車身重量，
在汽車車身零件上采用越來越多高強度鋼，而高強度鋼的沖壓回彈問題特別突 出。所謂回彈，是指零件從沖壓模具退出時，沖壓件中彈性應力的釋放，造成 零件的變形?；貜椇蟮牧慵c模具的幾何型面不再吻合，如果按照零件幾何模 型加工型面，回彈導致沖壓后零件的尺寸精度達不到設計尺寸要求。
為了克服回彈問題，需要準確知道各個部位的回彈量，在對應部位修改型 面，這樣使回彈后的零件剛好達到設計尺寸要求。問題的難點在于如何準確的 得到零件各個部位的回彈量。由于有限兀仿真精度的限制，對回彈不能準確計 算。目前通過仿真方法，還不能準確得到?jīng)_壓件的回彈量。通過對成型后零件 的三維數(shù)據(jù)掃描，可以得到零件回彈后的形狀。與零件設計幾何模型對上后， 就可以知道各個部位的回彈量，從而對回彈進行補償。
三坐標測量設備是發(fā)現(xiàn)零件尺寸故障的一種有效手段，目前有各種掃描點 云的方法，具有比較高的精度，能夠檢測加工表面的加工精度。通過各丁序發(fā) 生回彈后零件的測量，確定產(chǎn)生回彈的工序，采取措施克服回彈問題。 一般是 拉延序的回彈補償不足所導致的。需要根據(jù)測量點云數(shù)據(jù)，對模型做進一步的 補償。
一般在點云數(shù)據(jù)與幾何模型對上后，根據(jù)點與相應部位的差值，乘一個
3系數(shù)，對零件型面修改，得到補償型面。由于點數(shù)很多，該過程時間長，并且
精度沒有保證。
本發(fā)明是一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云在回彈前位置的 方法。通過該方法，可根據(jù)回彈后的點云與數(shù)模的關系，得到回彈補償面上的 點。根據(jù)這些點，可快速準確的確定出回彈補償型面。該方法提供了一種得到 精確補償型面的方法，在工業(yè)上有廣泛的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的原理如圖1所示，把零件點云轉化為三角形或四邊形單元，輸出 回彈后的有限元單元和節(jié)點數(shù)據(jù)，通過模具壓到其回彈前的形狀，得到回彈前 的^元和節(jié)點數(shù)據(jù)。這些節(jié)點數(shù)據(jù)就是回彈前的點云數(shù)據(jù)。整個過程相當于采 用仿真方法把零件壓到其在模具退出前的狀態(tài)，也相當于模擬零件二次沖壓。
本發(fā)明處理點云的流程如圖2所示。首先把點云數(shù)據(jù)轉移到幾何模型對應 位置。其次，把點云數(shù)據(jù)轉化為三角形或四邊形網(wǎng)格，并輸出為有限元輸入格 式文件，得到板料的網(wǎng)格；并按實際模具型面建立仿真模型，得到模具型面網(wǎng) 格。然后，根據(jù)模具和板料網(wǎng)格，建立仿真模型，把回彈后的網(wǎng)格反向壓回到 回彈前的位置。最后，把有限元中的節(jié)點輸出，就可得到回彈前這些測量點云 的位置。計算出的回彈前點云數(shù)據(jù)，可以保持為有限元格式，也可保持為供幾 何建模軟件采用的其它格式。
點云數(shù)據(jù)既可以是三維測量設備直接或取的數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過點云預處 理的數(shù)據(jù)。點云預處理如去掉噪音點、去掉重復點、光滑處理、點云轉化為三 角面片、處理邊界等。計算出回彈前點云數(shù)據(jù)，可以保持為有限元格式，也可 保持為供幾何建模軟件采用的其它格式。
采用該發(fā)明得到基于測量點云的回彈前后的網(wǎng)格，按適合有限元的回彈補償方法，得到零件回彈補償面上的網(wǎng)格，可進一步輸出三角面片或數(shù)據(jù)點，根 據(jù)這些數(shù)據(jù)點可對模具重新建模，得到回彈補償后的型面。
采用該發(fā)明得到基于測量點云的回彈前后的網(wǎng)格。通過回彈前位置的修邊 線，采用網(wǎng)格映射方法可以得到回彈后零件修邊線的位置。
以上兩個都是高強度鋼薄板成型中的關鍵問題。


圖1本發(fā)明實施原理圖
圖2本發(fā)明處理點云步驟
圖3本發(fā)明實施實施算例中點云數(shù)據(jù)與數(shù)模的對應
圖4本發(fā)明實施實施算例中點云的三角化
圖5本發(fā)明實施實施算例中有限元仿真模型
圖6本發(fā)明實施算例中得到回彈前后的網(wǎng)格
圖7本發(fā)明仿真驗證中回彈前后對應的網(wǎng)格
圖8本發(fā)明仿真驗證中建立的有限元模型
圖9本發(fā)明仿真驗證中計算的回彈前后點的位置
圖10本發(fā)明輸出為有限元程序能夠讀取的格式示例
具體實施例方式
采用本發(fā)明提出的點云數(shù)據(jù)處理方法，開發(fā)了點云數(shù)據(jù)簡化程序、點云數(shù)
據(jù)與數(shù)模對應的程序，以及點云三角化程序等，并采用LSDYNA軟件以及DYNAFORM 軟件來完成算例工作。
首先，將點云數(shù)據(jù)簡化，每3mm左右取l個點。把簡化后的點云數(shù)據(jù)與零 件幾何數(shù)模對上。對上的方法如下在數(shù)模中找到三點，如零件上具有明顯的 幾何特征點，如空圓心，凸臺，棱角邊緣等，這些點在點云中的位置也是可以確定的。根據(jù)其屮對應的一點，就可把點云放到幾何模型附近，然后，通過一 條邊的重合，零件位置可進一步確定，通過第二個點，就可把點云數(shù)據(jù)與幾何 模型數(shù)據(jù)對上。其數(shù)學處理是對點云的平移和旋轉。點云與幾何模型的對應關
系見圖3所示。
其次，把點云數(shù)據(jù)三角化，如圖4所示。所謂三角化，就是由點云數(shù)據(jù)做 頂點，把相關的數(shù)據(jù)點，用三角形一塊一塊的連接起來，這些三角形要沒有重 疊，并且三角形的質量要好，三角形的各邊長度比較均勻。
點云三角化的目的與傳統(tǒng)的三角化是不同的。傳統(tǒng)的三角化是為了形成三 角形面片，供幾何建模軟件反求建立精確的幾何模型。這里是為了形成供有限 元分析用的三角形網(wǎng)格。這些網(wǎng)格由單元、節(jié)點構成。
并輸出為有限元程序能夠讀取的格式，對有限元軟件LSDYNA的輸入文件， 需要按其輸入文件格式和關鍵詞編寫數(shù)據(jù)，如豐NODE， *ELEMENT—SIIELL等。對 節(jié)點數(shù)據(jù)，由節(jié)點號或節(jié)點坐標構成。節(jié)點號為整數(shù)，占8個字節(jié)，單元坐標 為浮點數(shù)，占16個字節(jié)。對單元數(shù)據(jù)，每個單元所在的部件(part)，每個面 單元一般由4個節(jié)點構成，對三角形，第三個節(jié)點與第四個節(jié)點為同一節(jié)點。 單元中數(shù)值都為整數(shù)，各為8個字節(jié)。
然后，把三角化后的零件轉入到?jīng)_壓仿真模型，調整好間隙，板料和模具 不要出現(xiàn)穿透，把摩擦系數(shù)定義為很小，如0.005，這樣做是為了避免板料順 利進入模腔，不改變零件的局部形狀。定義運動和接觸邊界條件，不要采用自 適應網(wǎng)格。建立的零件二次沖壓仿真模型如圖5所示。首先凹模運動，與壓邊 塊接觸后，向下移動，在行程模與凸模閉合。
采用有限兀方法對采用點云三角化網(wǎng)格的零件沖壓仿真模型求解，得到?jīng)_ 壓零件前后的位置如圖6所示。有限元輸出結果中含有單元組成、節(jié)點坐標。這些節(jié)點就是測量點在回彈前所在的位置。 方法的驗證
上面方法中，通過仿真計算的網(wǎng)格是否與回彈前的網(wǎng)格有準確對應關系是最 關鍵的問題，如果仿真計算得到的網(wǎng)格與回彈前的網(wǎng)格有明顯的差別，這說明 該種方法不可用。在沖壓仿真和回彈仿真后，模型中具有了回彈后的網(wǎng)格，這 里把回彈后的網(wǎng)格假設為試驗數(shù)據(jù)測量得到的。采用上面的方法，把仿真計算 得到的網(wǎng)格與實際回彈前的網(wǎng)格相比較，就可以驗證本發(fā)明提出的方法。
在零件拉深成型仿真后，繼續(xù)進行回彈仿真?；貜椙昂蟮木W(wǎng)格見圖7所示(因 為顯示原因，后面都只取局部)。
在沖壓仿真模型中把板料網(wǎng)格更換為回彈后的網(wǎng)格，調整凹凸模位置，可建 立零件二次沖壓仿真模型，如圖8所示。在該模型中，把回彈后的網(wǎng)格壓至回 彈前的網(wǎng)格。
零件二次沖壓仿真模型計算的回彈前網(wǎng)格與實際回彈前的網(wǎng)格的對比見圖 9所示。從圖中可看出，網(wǎng)格基本重合，在法向基本沒有誤差，切向有少量偏移， 最大偏差量在lmm以內(nèi)。這證明了上節(jié)提出方法是可行的。
權利要求
1、一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云在回彈前位置的方法。其特征在于把點云數(shù)據(jù)直接轉化為有限元三角形或四邊形網(wǎng)格，并以有限元輸入文件格式輸出。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云 在回彈前位置的方法，其特征在于通過建立薄板沖壓仿真模型，對轉化為有限 元格式的點云數(shù)據(jù)進行沖壓仿真模擬，得到這些點云數(shù)據(jù)在回彈前的位置。
3、 根據(jù)權利要求l所述的一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云 在回彈前位置的方法，其特征在于計算出回彈前點云數(shù)據(jù)，可以保持為有限元 格式，也可保持為供幾何建模軟件采用的其它格式。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云在回彈前位置的方法，其特征在于采用的點云數(shù)據(jù)既可以是三維測量設備直接 獲取的數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過點云預處理的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于有限元方法的確定薄板沖壓件測量點云在回彈前位置的方法。該方法首先把點云數(shù)據(jù)轉移到幾何模型對應位置。其次，把點云數(shù)據(jù)轉化為三角形或四邊形網(wǎng)格，并輸出為有限元輸入格式文件，得到板料的網(wǎng)格；并按實際模具型面建立仿真模型，得到模具型面網(wǎng)格。然后，根據(jù)模具和板料網(wǎng)格，建立仿真模型，把回彈后的網(wǎng)格反向壓回到回彈前的位置。最后，把有限元中的節(jié)點輸出，就可得到回彈前這些測量點云的位置。采用該發(fā)明可快速準確的確定回彈補償型面，或確定回彈后零件上的修邊線。
文檔編號G01B21/00GK101482403SQ20091004268
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權日2009年2月19日
發(fā)明者劉迪輝, 崔向陽, 李光耀, 龔志輝 申請人:湖南大學