板料成形回弹三维光学测量技术研究

　　金属板材在冲压过程中出现的回弹现象愈来愈引起产品制造部门工程技术人员的重视,特别是各种浅拉深件,回弹问题更加明显,因此解决回弹问题的重要性也更加突出.对回弹问题控制的准确性与否将严重影响产品的成形质量和尺寸精度,也是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一.由于成形过程本身的复杂性,因此回弹问题的解决已经成为世界性的难题[1].

　　回弹问题的存在造成零件的形状及尺寸与模具工作表面不符,直接影响了冲压件品质、表面品质和装配性能.数值仿真已被证实可用于回弹预测,一方面冲压回弹涉及到材料性能参数、冲压方式、工艺条件、冲压件几何形状及回弹预测理论与方法等多种因素的综合影响[2],另一方面仿真软件涉及到本构模型的建立、单元选择、截面积分点、单元尺寸、虚拟冲头速度、摩擦特性、有限元算法和合理的参数选择,造成实际物理模型和数值仿真模型存在一定的偏差,以至回弹数值的测量难以准确表述,实际误差无法全面估计.

　　朱东波等人[3]对板料回弹问题的国内外研究现状进行了综述.Esat等人[4]以三维实体单元进行了薄板的弯曲,得出了数值仿真结果与实验结果吻合较好的结论.Li等人[5]以薄板拉弯为例,研究了三维实体单元和壳单元对回弹的影响规律和适用性问题.李春光[6]研究了回弹仿真过程中材料成形的最优参数组合和补偿方法.张冬娟[7]分析了有限元模拟参数对回弹预测精度的影响,从理论上推导了虚拟动能和与板料回弹预测精度的影响.臧顺来[8]构建了薄板非线性弹性-高阶塑性本构模型,揭示了工艺参数、数值仿真参数和本构模型对回弹的影响规律,但都偏重于回弹理论预测的研究,对于实际工件回弹量的准确检测则研究不够.

　　本文提出了一种非接触式三维光学测量板料回弹的新方法,由工业数字近景摄影测量系统(标志点测量技术)和面扫面系统(计算机双目视觉技术)结合组成,可快速获取工件表面的几何特征,计算出工件的数学模型.与模具设计型腔三维CAD数模相比较,该方法可以精确地获得板料冲压件与模具各点的差值(回弹值).

　　1　板料成形回弹光学测量的原理

　　板料成形回弹的计算量主要表现在CAD数模和实际测量的零件之间的偏差,必须在三维空间中能够清楚的表示.一般情况下,在理论上与实际测量零件几何形状之间,必须选择一个模具型腔几何形状来作为参考依据,并反馈到相应的模具型腔几何形状上.回弹区域可以用一个空间的多项式来表示,其回弹值为

　　s =η(v) (1)

　　式中:v为理论上的工件几何形状,即模具型腔的几何形状,其影响因素为变形条件参数和材料属性参数;η为关系因子.