[发明专利]一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一套薄板冲压成型领域，具体为一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法。

背景技术

汽车车身上主要是薄板冲压件。为了提高车身的安全性，减少车身重量，在汽车车身零件上采用越来越多高强度钢，而高强度钢的冲压回弹问题特别突出。所谓回弹，是指零件从冲压模具退出时，冲压件中弹性应力的释放，造成零件的变形。回弹后的零件与模具的几何型面不再吻合，如果按照零件几何模型加工型面，回弹导致冲压后零件的尺寸精度达不到设计尺寸要求。

为了克服回弹问题，需要准确知道各个部位的回弹量，在对应部位修改型面，这样使回弹后的零件刚好达到设计尺寸要求。问题的难点在于如何准确的得到零件各个部位的回弹量。由于有限元仿真精度的限制，对回弹不能准确计算。目前通过仿真方法，还不能准确得到冲压件的回弹量。通过对成型后零件的三维数据扫描，可以得到零件回弹后的形状。与零件设计几何模型对上后，就可以知道各个部位的回弹量，从而对回弹进行补偿。

三坐标测量设备是发现零件尺寸故障的一种有效手段，目前有各种扫描点云的方法，具有比较高的精度，能够检测加工表面的加工精度。通过各工序发生回弹后零件的测量，确定产生回弹的工序，采取措施克服回弹问题。一般是拉延序的回弹补偿不足所导致的。需要根据测量点云数据，对模型做进一步的补偿。一般在点云数据与几何模型对上后，根据点与相应部位的差值，乘一个系数，对零件型面修改，得到补偿型面。由于点数很多，该过程时间长，并且精度没有保证。

本发明是一种基于有限元方法的确定薄板冲压件测量点云在回弹前位置的方法。通过该方法，可根据回弹后的点云与数模的关系，得到回弹补偿面上的点。根据这些点，可快速准确的确定出回弹补偿型面。该方法提供了一种得到精确补偿型面的方法，在工业上有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的原理如图1所示，把零件点云转化为三角形或四边形单元，输出回弹后的有限元单元和节点数据，通过模具压到其回弹前的形状，得到回弹前的单元和节点数据。这些节点数据就是回弹前的点云数据。整个过程相当于采用仿真方法把零件压到其在模具退出前的状态，也相当于模拟零件二次冲压。

本发明处理点云的流程如图2所示。首先把点云数据转移到几何模型对应位置。其次，把点云数据转化为三角形或四边形网格，并输出为有限元输入格式文件，得到板料的网格；并按实际模具型面建立仿真模型，得到模具型面网格。然后，根据模具和板料网格，建立仿真模型，把回弹后的网格反向压回到回弹前的位置。最后，把有限元中的节点输出，就可得到回弹前这些测量点云的位置。计算出的回弹前点云数据，可以保持为有限元格式，也可保持为供几何建模软件采用的其它格式。

点云数据既可以是三维测量设备直接或取的数据，也可以是经过点云预处理的数据。点云预处理如去掉噪音点、去掉重复点、光滑处理、点云转化为三角面片、处理边界等。计算出回弹前点云数据，可以保持为有限元格式，也可保持为供几何建模软件采用的其它格式。

采用该发明得到基于测量点云的回弹前后的网格，按适合有限元的回弹补偿方法，得到零件回弹补偿面上的网格，可进一步输出三角面片或数据点，根据这些数据点可对模具重新建模，得到回弹补偿后的型面。

采用该发明得到基于测量点云的回弹前后的网格。通过回弹前位置的修边线，采用网格映射方法可以得到回弹后零件修边线的位置。

以上两个都是高强度钢薄板成型中的关键问题。

附图说明

图1本发明实施原理图

图2本发明处理点云步骤

图3本发明实施实施算例中点云数据与数模的对应

图4本发明实施实施算例中点云的三角化

图5本发明实施实施算例中有限元仿真模型

图6本发明实施算例中得到回弹前后的网格

图7本发明仿真验证中回弹前后对应的网格

图8本发明仿真验证中建立的有限元模型

图9本发明仿真验证中计算的回弹前后点的位置

图10本发明输出为有限元程序能够读取的格式示例

具体实施方式

采用本发明提出的点云数据处理方法，开发了点云数据简化程序、点云数据与数模对应的程序，以及点云三角化程序等，并采用LSDYNA软件以及DYNAFORM软件来完成算例工作。