回彈是指板料在沖壓成形過(guò)程中，當(dāng)外載荷去除時(shí)，由于材料的彈性恢復(fù)而使其形狀、尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化。作為薄板成形主要缺陷之一，回彈很難控制。因?yàn)檫@需要對(duì)回彈量作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而且不同材料和不同形狀的沖壓件回彈規(guī)律差別比較大。隨著高強(qiáng)度鋼板和鋁板在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，回彈變得更加突出。回彈量決定著沖壓件的最終形狀和尺寸，從而影響沖壓件在整體中的裝配。因此，如何有效地控制回彈量，是沖壓成形中一個(gè)很重要的問(wèn)題。

　　對(duì)于回彈問(wèn)題常用的方法有2種：一是通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，減少回彈量;二是進(jìn)行模具補(bǔ)償，就是在考慮回彈量的基礎(chǔ)上，對(duì)模具型面進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，使得沖壓件回彈后的形狀剛好滿足設(shè)計(jì)要求。第一種方法沒(méi)有從根本上解決回彈量的問(wèn)題，它只是在一定程度上減少回彈量。第二種方法可以解決回彈的問(wèn)題，通過(guò)檢測(cè)到的回彈量，對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)修正，從而得到滿足精度的沖壓件舊J。在工程實(shí)際中主要是用這種方法，但使用該方法的前提是需要知道回彈量。因此，如何準(zhǔn)確并快速獲得回彈量是使用該方法的關(guān)鍵所在。

　　1 回彈檢測(cè)的方法

　　在生產(chǎn)實(shí)際中，多采用專用檢具對(duì)沖壓件的回彈量進(jìn)行檢測(cè)。但是，專用檢具存在很多弊端，對(duì)復(fù)雜零件某些部位的回彈量不能精確檢測(cè)。而且制造過(guò)程需要大量的人力、物力和財(cái)力，特別是現(xiàn)在零件的外形越來(lái)越不規(guī)則，出現(xiàn)了大量的自由曲面以滿足人們對(duì)美學(xué)的要求，使得檢具的制作變得閑難。這樣一方面增加了產(chǎn)品的制造成本，影響產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制造周期，更為重要的是使用專用檢具所得的檢測(cè)結(jié)果會(huì)過(guò)多的受人為主觀因素的影響，檢測(cè)結(jié)果難以科學(xué)、直觀地進(jìn)行定量表達(dá);檢具檢測(cè)實(shí)際上只是控制參數(shù)曲面上若干個(gè)截面曲線的形狀誤差，有限的截面曲線并不能完全表征整個(gè)曲面的形狀誤差。而且手工操作的檢具檢測(cè)難以與自動(dòng)控制系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交流。

　　隨著計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，為沖壓件的回彈檢測(cè)提供了一種新的方法。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)具有適用性好，效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)是指通過(guò)三維光學(xué)測(cè)量設(shè)備，獲取實(shí)物的三維數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)與實(shí)物的CAD模型對(duì)齊比較，從而獲得檢測(cè)結(jié)果。其操作步驟可以歸納為：(1)實(shí)物模型的數(shù)字化;(2)模型對(duì)齊;(3)比較分析。

　　Geomagic Qualify作為一種計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)軟件，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。其檢測(cè)結(jié)果受點(diǎn)云質(zhì)量、創(chuàng)建的基準(zhǔn)或特征以及對(duì)齊精度的影響。現(xiàn)有光學(xué)掃描設(shè)備精度一般都在0.1 mm以內(nèi)，通過(guò)合適的操作方法，可以獲得一個(gè)精度較高的零件點(diǎn)云數(shù)據(jù);在創(chuàng)建基準(zhǔn)或特征時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量選擇沒(méi)有發(fā)生變形或發(fā)生微小變形的區(qū)域;對(duì)齊時(shí)，通過(guò)選擇合適的對(duì)齊方法，可以確保創(chuàng)建的基準(zhǔn)或特征盡可能重合。這樣可以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　下面論述提出該軟件在沖壓件回彈檢測(cè)的方面的應(yīng)用。

　　2 Geomagic Qualify簡(jiǎn)介

　　Geomagic Qualify是由美國(guó)Geomagic公司提供的快速檢測(cè)軟件，通過(guò)在CAD模型與實(shí)際構(gòu)造部件之間快速、明了的圖形比較，可以快速并準(zhǔn)確地完成檢測(cè)任務(wù)。其操作過(guò)程為：對(duì)齊、比較分析和生成報(bào)告。

　　對(duì)齊就是將待檢測(cè)零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與其標(biāo)準(zhǔn)CAD模型統(tǒng)一到同一個(gè)坐標(biāo)系下，以實(shí)現(xiàn)兩者的比較。Geomagic Quality主要提供了3種對(duì)齊方式，分別為“基準(zhǔn)/特征對(duì)齊”、“最佳擬合”、“RPS對(duì)齊”。“基準(zhǔn)/特征對(duì)齊”主用于有規(guī)則外形的零件，通過(guò)創(chuàng)建在CAD模型和點(diǎn)云上對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)或特征的最佳擬合，達(dá)到CAD模型和點(diǎn)云的整體對(duì)齊。"最佳擬合”主要用在由自由曲面組成零件的對(duì)齊，因?yàn)樽杂汕娴牟灰?guī)則，使得創(chuàng)建基準(zhǔn)和特征比較困難。“RPS對(duì)齊”是基于參考點(diǎn)系統(tǒng)的對(duì)齊，比較適合具有定位孔、槽等特征的零件的對(duì)齊，此外板金件和葉片的對(duì)齊也多用該方法。

　　Geomagic Qualify的檢測(cè)功能叮歸納為：二維分析、三維分析以及誤差評(píng)估。二維分析可以對(duì)模型的指定截面進(jìn)行尺寸標(biāo)注或生成偏差圖。三維分析可通過(guò)3D比較，生成彩色的偏差圖，結(jié)果顯示為CAD模型或點(diǎn)云上的偏差。其中“邊界比較”命令可針對(duì)邊界線處的偏差進(jìn)行檢測(cè)，可用于回彈問(wèn)題的檢測(cè)。誤差評(píng)估包括對(duì)零件的三維尺寸誤差以及形位誤差評(píng)估。

　　Geomagic Qualify可以自動(dòng)生成包括HTML格式，PDF格式，MS Word和Excel格式的多種報(bào)告，其中適用于Web的報(bào)告可以讓各部門(mén)共享檢測(cè)結(jié)果，改善了部門(mén)間的溝通。

　　3 檢測(cè)實(shí)例

　　下面以一個(gè)沖壓件的回彈檢測(cè)為例說(shuō)明，如圖1。由于該零件形狀復(fù)雜，檢測(cè)有一定難度。而使用Geomagic Qualify進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)3D分析和2D分析等功能，可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出零件的回彈量。

　　▲圖1對(duì)齊前

　　在進(jìn)行比較分析前，先將零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和CAD模型均導(dǎo)人到Geomagic Qualify，利用“RPS對(duì)齊”方式通過(guò)選擇零件表面的定位孔、槽等特征為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)齊，結(jié)果如圖2。對(duì)齊后就可以開(kāi)始進(jìn)行回彈檢測(cè)。

　　▲圖2對(duì)齊后

　　(1)3D比較

　　通過(guò)3D比較，可以獲得零件的整體回彈量，得出一個(gè)全面、直觀、形象的回彈檢測(cè)結(jié)果。在完成對(duì)齊操作后，進(jìn)行3D比較，比較的結(jié)果如圖3所示。從顏色與對(duì)應(yīng)的數(shù)值可以反映出零件的整體回彈變形情況。各處的向彈量的具體數(shù)值可利用“創(chuàng)建注釋”操作得出。此外，根據(jù)比較結(jié)果還可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出最大偏差、最小偏差、正負(fù)偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)值分別為4.64mm，一4.923 mm，1.065mm，一1.237 mm，和1.412mm。

　　▲圖3 3D比較

　　(2)2D比較

　　對(duì)于零件的一些重要截面，對(duì)回彈有嚴(yán)格要求。這就需要得到更加精確的回彈量，以便作出合適的回彈補(bǔ)償，保證截面的最終形狀滿足精度的要求。2D比較功能可以對(duì)零件的一些重要截面進(jìn)行回彈檢測(cè)。

　　首先指定沖壓件的檢測(cè)截面(如圖4)，再進(jìn)行2D比較分析，生成的截面偏差情況如圖5。

　　▲圖4確定截面位置

　　▲圖5 2D比較結(jié)果

　　(3) 邊界比較

　　由于邊界遠(yuǎn)離模具中心，沖壓件其他部位的回彈變形都會(huì)一定程度反映到邊界上。在裝配過(guò)程中，嚴(yán)重影響邊界的接觸配合。因此，邊界處的回彈量控制對(duì)裝配工藝有重要的意義。通過(guò)邊界比較功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件邊界的回彈檢測(cè)。

　　操作時(shí)首先選擇所需要的邊界，可從三個(gè)方向比較出邊界的偏差，分別為法向、切向和3D偏差。其分別對(duì)應(yīng)于CAD模型邊界處的法線方向偏差、CAD模型邊界處的切線方向偏差和沿著指定邊界CAD模型和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的最小偏差。選擇外圍邊界線進(jìn)行法向方向的偏差比較，結(jié)果如圖6。比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：最大、最小偏差為6.961 mm，一3.608 mm，正負(fù)平均偏差為2.504 mm，一1.246 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.447 mm。指定位置的偏差值也通過(guò)創(chuàng)建注釋顯示出來(lái)，在圖6右下角創(chuàng)建注釋，結(jié)果如圖7，偏差為5.498 mm，在x，y和z方向的偏差分別為0.306 mm，一2.348 mm，4.962 mm。

　　▲圖6邊界比較

　　▲圖7創(chuàng)建注釋

　　(4)生成報(bào)告

　　將檢測(cè)結(jié)果生成報(bào)告，其中適用于Web的報(bào)告可以讓模具設(shè)計(jì)部門(mén)分享檢測(cè)結(jié)果，從而對(duì)模具型面進(jìn)行補(bǔ)償。

　　4結(jié)論

　　模具補(bǔ)償是針對(duì)沖壓件回彈問(wèn)題的主要解決辦法，而模具補(bǔ)償?shù)那疤崾鞘紫全@得準(zhǔn)確的回彈量分布。在生產(chǎn)實(shí)際中，多采用專用檢具檢測(cè)回彈量。但是，專用檢具不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件精確、全面的回彈量檢測(cè)，而且會(huì)增加產(chǎn)品的成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間。以上提出利用Geomagic Qualify進(jìn)行回彈檢測(cè)，避免了專用檢具的弊端，可以快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)回彈檢測(cè)，且對(duì)于不同沖壓件的回彈檢測(cè)具有通用性。該方法將有助于企業(yè)快速完成回彈補(bǔ)償，生產(chǎn)出符合精度要求的沖壓產(chǎn)品，從而減少產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。