关节臂扫描仪对车轮轮辐厚度的测量应用

轮辐是汽车最重要的组成部件之一，对汽车行驶的安全性、整车外观的美观程度等具有重要的意义。随着汽车工业的不断发展，人们对于汽车轮辐的要求也越来越高，如何通过先进的科学技术和加工工艺，来不断完善汽车轮辐的安全性和可靠性，延长汽车车轮的使用寿命，已成为目前整个行业所最为关注的问题之一。本文将重点阐述如何利用节臂扫描仪完成车轮轮辐厚度的测量;通过该测量方法的使用，极大的提高轮辐厚度的检测效率和可靠性，对同类零件的加工具有重要的指导作用。

轮辐，是车轮上连接轮辋和轮毂的部分，是保护车轮轮圈和辐条的重要装置。为了减重同时保证轮辐的强度，轮辐通常采用等强度不同厚度的设计，多以钢板作为坯料进行加工。其加工方法是先将坯料通过旋压方法，加工成设计好的形状，然后再进行冲孔和外形休整等工序。如何保证轮辐厚度的准确性，将极大的决定了轮辐的强度和使用寿命，好的轮辐不仅可以保证汽车在行驶过程中的稳定程度和安全性，更可以避免因为磨损而造成汽车轮胎出现问题的可能性。

图1 多种轮辐

在传统的汽车零部件的检测过程中，遇到厚度一类的问题时，比较常见的方法是采用千分表或者卡尺等传统量具进行测量，该方法在测量一些加工较好的平面时还可以勉强使用，但是在遇到轮辐这一类型面复杂，特别是有大量曲面的零件时，这一类的传统方法就很难发挥作用了。而且，该方法往往只能测量部分点位置的厚度，不能全面反映零件的整体情况，因此已无法满足现代化的加工工艺要求。那么该如何快速有效的完成这一类零件的厚度检测要求呢?关节臂扫描仪的出现，刚好解决了这一难题。

关节臂测量机，是一种新型的三坐标测量机，具有精度高、体积小、重量轻、便于携带等特点。该设备对外界环境要求极低，可以0-50℃的环境中正常使用，并可应用于实验室以及车间现场等多种环境，可实现传统式固定式三坐标的全部功能，目前已被广泛的应用于汽车零件、工程机械、航空航天、运动器械，船舶重工等各个行业。关节臂测量机可根据测量尺寸的类型不同，从而配备硬测头或者激光扫描测头进行检测。在测量轮辐厚度时，由于我们希望得到全面而完整的数据，因此配备激光扫描测头的关节臂测量机将是我们测量时的首选设备。

点云数据的扫描过程

要对轮辐零件的厚度做出准确的评估，我们必须先获取完整的轮辐点云数据。考虑到轮辐类零件的加工尺寸以及精度要求，我们可以选择ROMER RA7525SI系列测量机来进行点云数据的获取。如果有合适的装卡工具，我们可以将产品竖起固定轮辐两侧，从而一次完成全部数据的扫描;如果不方便装卡，我们可以在轮辐表面使用热熔硅胶固定三个钢珠，钢珠需要固定在零件翻转两面进行数据扫描时均能扫到的位置，这样通过两次扫描获取零件正反两侧的完整数据。

点云数据的拼接

在Geomagic Qualify软件中，先将扫描的两片点云数据上的钢珠作为球体定义好，将其中一片数据定义为参考基准，另一片数据定义为测试数据，使用基于特征基准对齐的方式，将球体一一对应好，将数据拼接完成，并合为一个整体数据，同时将不再需要的钢珠部分的数据删除。

点云数据的处理和坐标系的建立

Geomagic Qualify软件可以做扫描数据的厚度分析，但是需要将扫描的点云数据先转化为面格式。我们可以先将点云数据做噪音点降噪处理，然后再保留边缘数据做数据过滤采样，最后再通过封装命令，将点云数据转换为三角网格面格式，其数据可以保存为STL格式。

图4 点云数据封装后得到的三角网格面nextpage

在封装后的数据上将底面创建成平面特征，同时将中心孔创建为圆特征，同时在底面平面上按需要获取一个点特征，将创建的圆心与点构造为线特征。然后创建坐标系，平面可以创建为XY平面，直线创建为正X方向，圆心定义为原点，则坐标系建立。

厚度分析

在做轮辐曲面厚度分析时，我们可以过当前坐标系中心，按照每隔1mm的间距，取指定截面与零件表面的交点，然后再求每一个交点与其背面对应的矢量点之间的距离，即为所求厚度。例如，我们要求过当前坐标系XOZ平面每隔1mm间隔点的厚度时，需首先在软件中创建【点位置集】，修改【间隔】和【原点】位置，将我们所要的点的位置创建出来。由于创建截面与零件表面的上下两侧都会有交点，因此我们此时需要更改格栅选项，仅保留正Z方向的交点即可。

图5 每隔1mm取一个检测点做厚度分析

在软件中选择【厚度】分析选项，再选择【加载位置集】，此时可以导入刚才创建的每隔1mm间隔的分析点来，根据不同的公差要求，设置好相应测色差图谱的公差带后，软件可以自动加载相应点的厚度，并在数据图上标注出相应点的位置来。如果有多个截面需要分析，可以再一一加载即可。

图8 不同位置的分析点厚度

关节臂扫描仪的选择

ROMER品牌的关节臂测量机，具有RA71/RA73/RA75等多个不同价位不同精度的机器型号，其测量范围从1.5m至4.5m不等，在测量时可以根据零件的大小，选择合适规格的设备。激光扫描测头同时也具有内置RS，以及外置CMS 108等多个型号可以选择，其中SI系列测量机已可以满足轮辐类零件的测量，但是如果同时有其他更高精度的零件尺寸测量要求，或者需要扫描高亮度或者纯黑色之类较难扫描的零件时，也可以选择CMS 108这样的高端产品。RS系列激光头的扫描速度为50000点/秒，工作距离为150mm，其景深为100mm，具有根据扫描零件不同的材质自动曝光获取曝光系数的功能，可以很好的完成各类材质零件的扫描。

总结

本文采用的关节臂扫描仪扫描轮辐零件数据，再通过Geomagic Qualify软件做厚度分析的方法，可以方便快捷的进行所需位置厚度的分析，数据全面可靠，很好的解决了轮辐厚度在测量上所遇到的难题，从而保证了车轮零件的可靠性和安全性，值得推广。

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关节臂扫描仪对车轮轮辐厚度的测量应用

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