【摘要】A级型面即通常所说的汽车外覆盖件可见面， 由于始终显露在外， 因此其上如果存在任何细小的缺陷都会在日常光的照射下显现无遗， 严重影响上海大众汽车产品的外观品质。编程室通过经验累积， 分析A级型面缺陷产生的原因， 不断尝试各种技术手段， 终于钻研出了一些较为有效的A面缺陷修复方法， 使得模面数据质量得到了进一步的提升。

关键词：曲率缺陷；连续性缺陷；A面缺陷修复

1、引言

在模具行业中， 一般将零件外表面称为A级型面（以下简称A面） ， 即表示必须达到最高品质的型面，不允许存在任何表面质量缺陷 （以下简称A面缺陷） ，因此每副外覆盖件模具在调试阶段， 调试人员都会将大部分人力、 物力、 时间投入到解决A面缺陷的工作中去。

随着模具中心在模具数据处理阶段首次系统地引入模面工程， 作为重要组成部分的A面缺陷修复技术被运用在了VW373侧围项目中并取得了良好的效果。在其后的时间内， 模面中心编程室通过不断地学习、 研究、 扩展， 逐渐摸索出了一些自主独创且较为有效的方法， 可以独立完成A面缺陷修复工作， 同样能达到消除理论A面缺陷。

2、A面缺陷分析

2.1 型面检测方法

在着手修复A面缺陷之前， 首先要了解如何辨别A面缺陷。缺陷的表现形式虽然五花八门， 但归根结底， 其种类无非是曲率发生突变、 曲面内部或外部存在连续性问题两类， 因此可以将A面缺陷分为曲率缺陷、 连续性缺陷两大类， 而在模具中心广泛使用的软件中， 一般都具备检测这两大类缺陷的高斯曲率及斑马线检测功能。为了便于描述， 文中所有演示内容均在Tebis软件环境下进行。

（1） 高斯曲率检测。

首先介绍各类曲率的概念及曲率梳的含义。曲率按照在曲面上的正负关系， 共可分为4种， 分别是全正曲率 （见图1a） 、 全负曲率 （见图1b） 、 正负曲率 （见图1c） 以及零曲率 （见图1d） ；而曲率梳的长短则代表了曲面弯曲的程度， 曲率梳越长表示曲面越弯曲， 曲率梳越短则表示曲面越平坦。

a — —全正曲率 b — —全负曲率

c — —正负曲率 d — —零曲率

从图1a来看， 曲面上的T方向曲率线 （简称T线，标示黄色， 下同） 以及S方向曲率线 （简称S线， 标示蓝色， 下同） 都呈现外拱趋势， 且曲率梳都位于曲面上方， 说明曲面T、 S方向为正正曲率时， 该曲面被标示为绿色；从图1b来看， 曲面上的T线和S都呈现内凹趋势， 曲率梳都位于曲面下方， 说明曲面T、 S方向为负负曲率时， 该曲面同样会被标示为绿色， 但曲率梳方向与正正曲率相反；从图1c来看， 曲面上的T线位于曲面上方， 说明该曲面在T方向是正曲率， 而S线则一半位于曲面上方， 一半位于曲面下方， 说明该曲面在S方向是正负曲率各占一半， 说明曲面T、 S方向部分为正正曲率、 部分为正负曲率时， 正正曲率部分会被标示为绿色 （图中深灰色） ， 而正负曲率部分则会被标示为黄色 （图中浅灰色） ；从图1d来看， 由于平面不存在任何曲度， 因此其上的T线和S线都处于零位位置， 是一条直线， 说明零曲率的平面也是由绿色标示。

（2） 斑马线检测。

斑马线检测通过软件模拟光源照射在零件表面形成的反光效果来观察曲面的内部、 外部连续性状态（见图2） 。斑马线的观察方式较为简单， 只需旋转零件即可从任意角度观察零件表面状态， 但由于本功能的检测结果不像高斯曲率检测一般容易发现缺陷， 因此需要观察者对零件数据有比较丰富的缺陷判断经验， 才能较为快速、 准确地找出问题区域。

图2 斑马线检测

2.2 型面缺陷辨别分析

通过高斯曲率以及斑马线这两种检测手段， 可以对数据的曲率、 连续性及曲面扭曲程度一览无遗， 因此表面缺陷也可以对应检测手段分为曲率缺陷和连续性缺陷两种。

（1） 曲率缺陷。

曲率缺陷主要以凹陷 （见图3a） 、凸起 （见图3b） 或凹凸相间 （见图3c） 的形式出现。无论哪一种曲率缺陷， 都会在油石打件时显现出瘪塘、波纹等表面质量问题， 严重影响表面质量评分。

a a ——凹陷 b b ——凸起 c c ——凹凸相间

（2）连续性缺陷。

连续性缺陷可主要细分为内部连续性及外部连续性缺陷。内部连续性缺陷指曲面内部存在断裂（见图 4a） 、扭曲等缺陷（见图 4b） ；而外部连续性则指各曲面的交界处存在缝隙（见图 4c） 、错位等缺陷（见图 4d） 。

a — 内部连续性缺陷 b — 扭曲等缺陷

c — 外部连续性缺陷 d — 错位缺陷

需要注意的是， 无论高斯曲率检测还是斑马线检测功能都存在检测盲点， 因此在检测任何零件数据时， 都必须将这两种检测功能结合使用才能准确发现缺陷区域、 分析缺陷形成原因， 之后才能对症下药， 找到解决缺陷的方法。

3 A面缺陷修复方法

通过上述关于如何检测、 辨识缺陷的说明后， 下面介绍A面缺陷修复方法。首先有一点必须明确，那就是并非所有缺陷都有必要修复， 缺陷修复的前提是修复变动量 （以下简称变动量） 不能过大， 变动量越大则数据修复后的状态与理论状态偏差越大，可能会造成零件匹配性下降、 零件造型走样等严重问题。为稳妥起见， 一般将变动量控制在0.15mm以内 ， 即 如 果 缺 陷 修 复 后 型 面 最 小 变 动 量 大 于0.15mm， 则放弃对该区域的修复尝试， 维持原样， 因此在下文中出现的所有修复方法都是在满足这一前提下施行的。

（1） 自动优化法。

即运用曲面自动优化功能消除缺陷。这种修复方法使用OPT功能， 通过增减曲面内部U、 V线 （指曲面内部的U方向、 V方向框架线， 下同） 等级， 软件会根据输入的参数自动优化曲面， 达到消除缺陷的目的。

在调整U、 V线等级时， “Segments” 级数应保持在 “1” ，否则曲面内部将会断开， 因此只需增减 “Degree” 级数即可。在增减 “Degree” 级数时， 尽可能使U、 V方向等级一致， 这样可以保证曲面的规整性， 等级选择应从“2” 级开始， 因为级数越低得到曲面越光顺 （ “1” 级为

平面， 不建议选用） ， 同时注意下方的 “Dist. Max” （最大偏差值） 参数栏， 若选择 “2” 级后， 该栏数值仍在可接受范围内， 则可以点击确定， 若超出可接受范围， 则增加级数， 以此类推， 直至偏差值可以被接受 （见图5） 。另外在修复后， 新曲面的边界位置可能会出现变动， 因此还要与相邻曲面进行顺接以消除缝隙、 保证曲面连续性。

本方法由于是自动修复， 无法人工干预， 因此越大、 越复杂的曲面修复后的偏差就越大， 故一般只适用于形状规则、 面积较小的曲面修复。另外， 本方法对缺陷曲面四周的相邻曲面也有一定要求， 相邻曲面必须自身 （尤其是边界处） 没有表面缺陷， 同时相邻曲面的高低落差也不能过大， 不然修复后的新曲面无论如何也无法在与相邻曲面顺接后仍然能够保持一致的曲率走势或者良好的曲面连续性。

（2） 定点调整法。

即采取手动定点调整的方式消除缺陷。这种修复方法使用MODEL功能 （配图） ， 根据缺陷的范围大小， 通过增减 U、 V 方向上的控制点数（Points U/Points V） ， 使控制点落在缺陷区域， 再通过抬高或者压低控制点达到消除缺陷的目的。注意在增减控制点数时， 控制点不可过密也不可过疏， 过密会造成修复区域过小， 无法覆盖整个缺陷区域；而过疏则相反，会造成范围过大的曲面变动， 破坏了部分原本良好的曲率走势， 甚至可能形成新的表面缺陷。因此一般来说， 当表面缺陷的范围很小时， 可选用 “Single” （单点独立） 模式；而当表面缺陷范围较大时， 则宜选用 “All”（多点联动） 模式。

以图6a为例， 这是C-Model车型侧围B柱上的一块型面， 从图6中可以看到在中部靠左的位置出现了一小片黄色标示的区域， 从截面线情况来看， 曲率梳在绿色区域 （深灰色） 都呈现外拱状态， 而在黄色区域（浅灰色） 发生了翻转， 呈现内凹状态， 因此可以判定这是一个凹陷缺陷， 其范围涉及5个曲面， 在此分别将它们定义为曲面1、 曲面2、 曲面3、 曲面4以及曲面5（见图6b） 。其中曲面1和曲面5位于缺陷边缘， 负曲率区域小， 易于修复， 而曲面2、 曲面3和曲面4则分摊了大部分缺陷区域， 直接修复会使曲面处于没有参照物的状态， 导致操作者无法在修复过程中确定修复方法是否正确， 因此修复工作应当从曲面1、 曲面5着手， 先构建出修复基础， 再逐步修复曲面2、 曲面3和曲面4。通过高斯曲率分析， 可以发现曲面1的S方向曲率梳正常， 而T方向则在缺陷处呈现一小段内凹状态， 说明曲面1在A点有略微上翘形成了负曲率， 为了消除这个负曲率， 有两种方案可供选择：一是在A点将曲面压低；二是在B点将曲面拎高， 考虑到压低A点将同时影响曲面1两条边界的位置， 故此处适宜选用B点拎高的方案 （见图6c） 。打开MODEL功能， 根据负曲率的范围大小以及曲率梳长短， 将U、 V控制点数分别调整为 “15” 、 “8” ， 点击选中如图6d所示的点位， 向上拎高0.01mm左右即可消除负曲率， 曲面5的情况与曲面1类似， 不再赘述。当曲面1、 曲面5都被修复后， 曲面2、 曲面3、 曲面4就能以这两个曲面为基础开始修复工作， 在修复过程中操作者可以根据自身习惯采取诸如优化曲面、 定点调整、 新建曲面等各种方法消除负曲率， 只要保证最终结果如图6e所示， 一般没有负曲率、 曲面连续性好即可。

本方法由于是手动修复， 可自定义修复变动量及修复范围， 因此对曲面的大小和形状没有要求， 但因为每次只能通过一个点位的带动进行调整， 所以当曲面上存在多个表面缺陷重叠的情况时， 操作者就难以判断正确的抬高、 压低点位， 本方法的适用性将大大降低， 应当考虑使用其他方法。

（3） 相邻曲面延伸法。

即利用相邻曲面的延伸面替代缺陷曲面的方法。本方法只需使用简单的曲面延伸功能即可操作，重点在于操作者判断应该从哪一个相邻曲面提取延伸面， 原则上应选择符合型面整体曲率走势的大曲面作为延伸面来源， 这样可以保证新曲面不会出现曲率问题， 同时也保证了至少一边的曲面连续性不会发生问题， 剩下的几边则要求相邻曲面与修复后的新曲面接顺。

以图7a为例， 这是C-Model车型侧围尾灯区域的一块型面， 从图7中可以看到在中部出现了一片黄色标示的区域， 从截面线情况来看， 曲率梳在绿色区域（深灰色） 都呈现外拱状态， 而在黄色区域 （浅灰色） 发生了翻转， 呈现内凹状态， 因此可以判定这是一个凹陷缺陷。该缺陷范围虽然只涉及1个曲面 （定义为曲面1） ， 但从相邻曲面 （分别定义为曲面2、 曲面3、 曲面4） 的高低落差来看， 曲面2和曲面3之间的落差过大，达到了12mm左右， 仅靠调整曲面1无法修复缺陷， 必须连带调整曲面2或曲面3 （见图7b） 。从整体布局来看， 曲面2相对曲面3的重要性更高， 且自身面积也较大、 不易调整， 因此适宜将曲面3作为连带调整对象，曲面2则作为延伸面提取对象。删除曲面1， 将曲面2延伸至合适大小后沿原边界线截断， 把分离出来的延伸面恢复成可编辑的Surface曲面 （以下称为新曲面） ，由于是延伸面的关系， 因此新曲面与曲面2之间的连续性必定优良， 只需同曲面4顺接即可， 而后便可按照原有的边界线剪裁新曲面， 这样便完成了缺陷主体的修复， 再将曲面3与新曲面顺接即可完成全部修复工作 （见图7c） 。注意在修复过程中， 应在施行每一步后都做一次高斯曲率检测， 以观察当前步骤是否达到了预期效果， 如果发现问题也容易找出原因， 从而修正缺陷修复思路， 避免前功尽弃。

本方法由于是使用延伸面来消除缺陷， 必然会涉及到周边曲面接顺的问题， 因此时常需要与上文介绍的另两种方法搭配使用， 才能获得比较满意的结果。

4 总结

随着汽车行业的发展， 对于外覆盖件的表面要求越来越高， 继而如何能在数据传递、 工艺设计、 模面设计等系列动作后， 仍然能保持原有产品数据的A面质量， 成为模具行业一大新 “痛点” 。

运用Tebis CAD/CAM软件能快速的显示、 检测、修复A面在过程中面品质量的下降。经过我们统计，使用 Tebis 软件 “A 面优化” 功能后， 工作效率提升15%， 后期调试周期提升23%。

备注：

作者：倪为华， 王晓清——上汽大众汽车有限公司 （上海 201805）

文章已刊载在《模具制造》2019年7月刊，版权归作者所有，转载请注明出处，谢谢！

—The End—

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