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產生描述位于三維成形部件表面上的箔片的數據組的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480047471.6

申請日:

2014.06.05

公開號:

CN105493087A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20140605|||公開
IPC分類號: G06F17/50; G06T15/04; B29C51/00 主分類號: G06F17/50
申請人: 貝內克-凱利科股份公司
發明人: 本杰明·容布盧特; 奧利弗·施塔爾胡特; 邁克爾·梅克爾
地址: 德國漢諾威
優先權: 102013109193.8 2013.08.26 DE
專利代理機構: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112 代理人: 張天舒; 張杰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480047471.6

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

用于產生用來對位于一個三維成形的部件表面上的箔片進行描述的數據組的方法,其中使用通過一個箔片的流變性能的計算機輔助的模擬和建模測定的、相對于變形之前狀態的變形之后的層厚度分布的數據,以便改變對變形后的、即成形于該部件表面上的箔片的微觀結構的進行描述的數據。

權利要求書

1.用于產生描述位于三維成形的部件表面上的箔片的數據組的
方法,
-其中該箔片在鋪設到該部件上之前設置有一個微觀結構、尤
其一個壓花或印痕,并且在生產該部件時參照其最初的且鋪設到該部
件表面上之前存在的尺寸和厚度分布呈三維地拉伸和延展,該拉伸和
延展是通過在適當時在提供壓力和熱量的情況下貼靠到該部件表面
處,
-其中首先通過鋪設到該部件表面上時箔片材料的流變性能的
計算機輔助的模擬和建模,位置正確地測定通過平行于箔片平面的拉
伸和延展并在層厚度方面實現的、箔片的幾何形狀的改變,并且相對
于呈一個第一數據組的形式的、未變形的箔片的層厚度,作為針對最
終的且鋪設到該部件表面之后存在的箔片的層厚度的分布和位置的
數據來提供,
其特征在于,
-從拓撲的測量提供第二數據組,該第二數據組代表在未變形
的狀態下且鋪設到該部件上之前的箔片的微觀結構或壓花或印痕的
最初的拓撲并且由高度和深度信息組成,
-作為模擬的結果計算出的并且在第一數據組中輸出的、針對
最終的且鋪設到該部件表面之后存在的箔片的層厚度的分布和位置
的數據相對于該未變形的箔片的層厚度以如下方式被用于改變第二
數據組,使得該第二數據組的高度和深度信息在考慮到平行于箔片平
面的拉伸和延展的情況下位置正確地/局部地借助于從這些模擬結果
中測定的、針對層厚度的數據而被換算為或匹配于與經改變的層厚度
一致地改變的高度和深度信息并保存在一個第三數據組中,
-之后,該第三數據組的這些以此方式計算的高度和深度信息
作為鋪設到該部件上之后的箔片的新的微觀結構加和/疊加到該第一
數據組上。
2.根據權利要求1所述的方法,其中該第二數據組的這些高度
和深度信息在考慮到平行于箔片平面的拉伸和延展的情況下位置正
確地/局部地借助于從這些模擬結果中測定的、針對層厚度的數據以
如下方式被換算為或匹配于與經改變的層厚度一致地改變的高度和
深度信息:使得在微觀結構的谷范圍內針對該箔片的延展/拉伸的數
據與針對該微觀結構的高點的相應的數據相比以一個基于知識測定
的因子改變,并且然后將這些換算的數據保存在該第三數據組中。
3.根據權利要求1或2所述的方法,其中
-從在不同的光入射下的表面反射的測量并且依賴于這些位置
正確地配屬的高度和深度信息來提供一個第四數據組,該第四數據組
代表依賴于宏觀結構的最初的拓撲、在該鋪設到該部件上之前存在的
反射特性,
-作為模擬的結果計算出的并且在第一數據組中輸出的、針對
最終的且鋪設到該部件表面之后存在的箔片的層厚度的分布和位置
的數據在使用一個基于知識的數值/因子的情況下以如下方式疊加地
被用于改變該第四數據組,使得該第四數據組的、代表反射特性的反
射數據被加和/疊加到該第三數據組上以便在屏幕上可視地顯示。
4.根據權利要求1至3所述的方法產生的數據組的數據的用途,
用于在屏幕上或在顯示器上可視地顯示位于一個三維成形的部件表
面上的箔片的原型。
5.根據權利要求1至3所述的方法產生的數據組的數據的用途,
用于操作打印機并且用于借助可視地顯示位于一個三維成形的部件
表面上的箔片的原型來打印一個平坦的載體、尤其一張紙。
6.根據權利要求1至3所述的方法產生的數據組的數據的用途,
用于操作3D打印機來生產一個原型、在適當時位于一個三維成形的
部件表面上的箔片的按比例改變的原型。

說明書

產生描述位于三維成形部件表面上的箔片的數據組的方法

技術領域

本發明涉及一種用于產生描述位于三維成形的部件表面上的箔
片的數據組的方法,其中該箔片在鋪設到該部件上之前設置有一個微
觀結構(即一個可見的精密結構)、尤其一個壓花或印痕,并且在生
產該部件時參照其最初的且鋪設到該部件表面上之前存在的尺寸和
厚度分布呈三維地拉伸和延展,該拉伸和延展是通過在適當時在提供
壓力和熱量的情況下貼靠到該部件表面處,其中首先通過在鋪設到該
部件表面上時箔片材料的流變性能的計算機輔助的模擬和建模,測定
通過平行于箔片平面的拉伸和延展并在層厚度方面(即在所有三個軸
中)實現的箔片的幾何形狀的改變,并且以第一數據組的形式來提供。

背景技術

人們通常可以看到作為在汽車內部空間中的表面設置有例如熱
塑性箔片的三維成形部件表面。這些箔片經常設置有同樣微觀三維構
造化的上表面(壓花、印痕),其中已經在一個先前的成型步驟中設
置有表面結構的箔片受另一個后續成形的處理步驟影響,尤其是一個
成型的深拉,其中該箔片獲得其部件形式。

該先前的成型步驟(其中該箔片設置有一個表面結構)通常由
沖壓方法構成。在此情況下,人們當然了解包括深拉在內的一系列作
為后續的成型的處理步驟的變形方法,例如熱成型、壓力層壓、后注
塑(Hinterspritzen)、陰模熱成型(IMGin-mouldgraining),
在該箔片被壓向模具并且獲得其部件形式。

帶有一個三維構造化的沖壓的表面(即大致由塑料構成的有花
紋的、有圖案的或精密結構化的模制表皮)的熱塑性箔片作為物體的
表面廣為人知并且例如被用于車輛的內襯板,在此經常作為相對柔軟
的下起泡的箔片,即所謂的泡沫箔片,以舒適的
觸感大致用于儀表板或車門的內殼等的襯板。這些箔片以相應的強度
和樣式的匹配自然也被用于其他優質的涂覆產品。

在現有技術中已知用于產生這些模制表皮的不同的方法,例如
用于產生“環形的”箔片軌道的輥軋方法或也用于產生單獨的工裝模
制表皮的方法。然而,在此還要提及如下的輥軋方法,其中一個熱塑
性箔片借助于一個壓花輥而設置有表面結構。

本領域技術人員已知在以下變形方法方面的問題:在將一個箔
片鋪設到一個三維的部件上時,即大致在一個拉伸過程中,其中一個
設置有統一的印花表面的箔片被拉入一個模具(深拉)或通過一個固
定的載體或基體張緊,這當然會使箔片發生巨大的變形。在此,通過
單獨的表面區域之間的變化的距離能夠產生扭曲,這種扭曲作為不規
則性會立刻引起觀察者的注意。由于在汽車內部空間區域內可以觀察
到改善觀感質量的強大趨勢,這些不規則性越來越不為人們所接受。

即,必要的是提前就已經知道是否能夠出現這些不規則性,由
此然后以此方式使該制造過程和設計能夠與壓印和變形相匹配,使得
通過單獨的表面區域之間變化的距離盡可能不產生扭曲。

為此,通常產生箔片涂覆部件的實體的原型,這些原型然后經
常與該汽車制造商一起被進行評估并且在出現故障時總是再一次用
經改變的參數作為單獨零件并且經常以手工操作而高耗費地進行生
產并且再次受到檢查。當然,這種對最終完成的實施方式的探索是十
分高耗費并且昂貴的。

一段時間以來,隨著自動化和計算機輔助的發展,人們也在制
造領域并且在此也在原型制造中嘗試使用計算機輔助的方法,這些方
法在模型計算或模擬的范圍內實現這些原型部件在顯示屏上的可視
化。

目前的現有技術在此類互動式汽車內部空間表面的可視化領域
內實現例如材料/材料表面的照明模擬。能夠確定和示出顏色以及光
澤特性。這種虛擬的材料特性作為理論模型的參數或通過明確的測量
來確定。

此外,汽車的作為CAD模型存在的部分可以用紋理,即用自然
的或工藝的微觀結構的模型,如皮革、木材、沙子、拋光的金屬表面、
雕版等覆蓋,這在表面上獲得了一種精密結構的印象。為此要提及作
為示例性方法的“凹凸貼圖(BumpMapping)”,這種方法使用紋理
深度信息,以便使觀察者獲得微觀結構的一種三維的效果并且被視為
當今許多的解決方案的基礎。

紋理的用途形成相對于該精密結構的明確的3D建模的一種折
中,然而,這種折中能夠實現對整個汽車內部空間的互動式觀察,因
為通過這種方法減少了待管理的數據量。

在汽車內部空間的繃有箔片的部件方面,現有技術為在該生產
過程中并且在緊接著對這些數據的使用(用于在虛擬的部件上的紋理
的正確定位)中對一個箔片樣式的局部變形進行檢測。在這種情況中,
使用一個已知表面的數字表示(“掃描”)作為紋理(參見:針對性
地形成表面特性(gezieltgestalten),
汽車材料(AutomotiveMaterials),第2期,2007號,第29至33
頁)。

然而,該實際的視覺印象在此不利地示出為,比在一個實體-自
然的部件表面的情況下用一個變形的并且設置有壓花的箔片所產生
的有所不足。在該虛擬的部件的生產過程的影響到目前為止尤其只通
過局部的標度表示。這由不均勻的部件表面以及繃接工藝
(Bespannungsprozesses)的時間過程(例如熱成型)產生。

發明內容

本發明的基本目的在于,實現繃有箔片的部件的改善的可視化
并且以此方式完全放棄在存在疑問的情況下總是需要的原型制造并
且實現設置有微觀結構的箔片的部件的可視化質量,這種可視化如此
接近實體-自然的部件表面的外觀,使得不用原型就可以作出生產決
策。本目的是通過主權利要求的特征來實現的。從屬權利要求公開了
其他的有利的設計。

在此,首先從測量拓撲提供第二數據組,該第二數據組代表在
未成形的狀態下且鋪設到該部件上之前的箔片的微觀結構或壓花或
印痕的最初的拓撲并且由高度和深度信息組成。一般而言,這種宏觀
結構、壓花或印花結構從視覺測量現在以深度圖的形式存在。

現在這種方法在于,通過鋪設到該部件表面上時箔片材料的流
變性能的模型和該箔片的改變,用通過該微觀結構影響的全局的和局
部的幾何變形在所有三個軸中確定變更數據,以便確定在鋪設箔片時
的過程參數和箔片微觀結構。

這樣,人們例如在一個帶有該建模的深拉部件的情況下測定每
個質點的位移向量并且由此測定在鋪設前平面式/平坦的和以一個預
先給定的層厚度存在的箔片的每個幾何位置/點,該箔片描述在“平
面式/平坦的”狀態中的質點與在“變形”的狀態中的同樣的質點之
間的相關性。由此人們也可以在所有的部件點處得到變形的箔片的層
厚度和從屬的地點與在最初存在的平面的箔片的相同地點和層厚度
的指派關系。

存在作為模擬的結果計算出的并且在第一數據組中輸出的數
據,該數據針對最終的且鋪設到該部件表面之后存在的箔片的層厚度
的分布和位置(是位置正確的并且相對于該未成形的箔片的層厚度)。

根據本發明,目前這種通過計算機輔助的流變性能的模擬和建
模測定的第一數據組的數據以如下方式被用于改變第二數據組,使得
該第二數據組的高度和深度信息在考慮到平行于箔片平面的拉伸和
延展的情況下位置正確地/局部地借助于從這些模擬結果中測定的、
針對層厚度的數據而被換算為或匹配于與經改變的層厚度一致地改
變的高度和深度信息并保存在一個第三數據組中。

一般而言,這些高度和深度信息的改變當然在于由在拉伸情況
下實現箔片的變薄而導致的降低。例如,這意味著,這些箔片區域按
照模擬在鋪設到該部件后具有一個更小的箔片厚度,其中從該箔片的
結構深度/微觀結構深度測定的在“平面式/平坦的”狀態中在鋪設前
包含的數據相應地減少。此后,該第三數據組的計算出的“新”的高
度和深度信息作為在鋪設到該部件上之后改變的箔片的新微觀結構
添加/疊加到該第一數據組和在必要時用于在一個屏幕上形成可視顯
示的部件幾何形狀。根據本發明,對該有微觀結構的表面進行修改以
用于可視化并且將這種修改根據通過模擬方法計算的材料遷移在變
形過程中在反向耦合(Rückkopplung)的意義上進行疊加。

由此,通過此施加,該箔片的厚度分布的改變是對于該箔片的
同樣存在的微觀結構的改變的度量。

由此,在將一個箔片鋪設到一個三維的部件上時,能夠出人意
料地在一個相對簡單的步驟中考慮到和可靠地形成在一個非線性的
變形工藝流程中的各種各樣的改變,相反,關于例如一個基于FEM
算法的所有效果的嚴格的數值計算可能在計算時間和計算能力方面
要求非常高的耗費。

這涉及到一種方法,其中使用通過一個箔片的流變性能的計算
機輔助的模擬和建模測定的、相對于變形之前狀態的變形之后的層厚
度分布的數據,以便改變在顯示一個原型時的箔片的微觀結構的可視
數據。

根據本發明,依賴于通過流變性能的建模測定的層厚度改變,
用于可視化的參數的改變方式也能夠涉及光澤或顏色特性以及微觀
結構幾何形狀的非線性變形,尤其在箔片(泡沫、面漆和漆)的通常
的多層構造的情況下。通過考慮這些效果能夠保證,能夠將對應于與
該箔片的所有構造參數相關的真實生產過程的影響所示出的部件來
繪圖。

于是,一個有利的改進方案在于,該第二數據組的高度和深度
信息在考慮到平行于箔片平面的拉伸和延展的情況下位置正確地/局
部地借助于從這些模擬結果中測定的、針對層厚度的數據而以此方式
被換算為或匹配于與經改變的層厚度一致地改變的(減少的)高度和
深度信息,使得該箔片在該微觀結構的谷區域的拉伸/延伸的數據與
該微觀結構的高點的相應的數據相比以基于知識(wissensbasiert)
測定的因子改變并且這些換算的數據然后保存在該第三數據組中。

術語“基于知識”在此指的是在變形的情況下材料性能的轉換
為數據的經驗數值的使用,在此關于在變形的情況下的可由壓花結構
識別的缺口效應(Kerbwirkung),其中一個壓花或宏觀結構的這些
“谷”需要比該結構的“脊(Hügel)”或高的部分更強烈
地延伸和施加應力。這導致,在真實和計算的該箔片的材料變薄的情
況下,在形成局部差別的情況下實現該微觀結構的改變(這種改變在
模擬過程中不能僅僅通過計算預測),使得該表面的外觀在變形后僅
通過經驗獲得的數據來驗證并且由此示出為,使得也在屏幕上出現一
個部件表面,該部件表面非常接近一個實體-自然的部件表面。

另一個有利的設計在于,從在不同的光入射下的表面反射的測
量并且依賴于這些位置正確地配屬的高度和深度信息來提供一個第
四數據組,該第四數據組代表依賴于微觀結構的最初的拓撲、在該鋪
設到該部件上之前存在的反射特性,并且作為模擬的結果計算出的并
且在第一數據組中輸出的、針對最終的和鋪設到該部件表面之后存在
的箔片的層厚度的分布和位置的數據在使用一個基于知識的數值/因
子的情況下以如下方式疊加地被用于改變該第四數據組,使得該第四
數據組的、代表反射特性的反射數據被加和/疊加到該第三數據組上
以便在屏幕上可視地顯示。

如上文已經說到的那樣,用于可視化的其他參數(這些參數代
表多個單獨的箔片層的例如非線性變形曲線或材料遷移特性)依賴于
通過該流變性能的建模測定的層厚度改變而改變。因此,例如與覆蓋
層相比不同地變形的由泡沫材料構成的箔片底層在其可視化中是基
于知識地可變的。

相同的情況也適用于色彩層或油漆,這些根據本發明在其可視
化數據中能夠改變。因此,例如已經根據經驗測得,在具有高延伸和
由此層厚度減少的區域中漆變得光亮并且顏色印象改變。當然,能夠
從物理方面描述這些效果(裂紋結構、分子鏈的改變和其反射和吸收
特性等),然而數據量和運算能力對于這些效果的關于材料變形的換
算是必要的,這些數據量和運算能力是幾乎不可得的。此外,關于例
如一個基于FEM算法的嚴格的數值計算可能要求非常高的時間耗費
并且使可視化變得不經濟。

尤其適合的是,如上文已經陳述的,這些數據用于在屏幕上或
在顯示器上可視地顯示位于一個三維成形的部件表面上的箔片的原
型。

根據本發明產生的數據組能夠同樣有利地用于控制或操作一個
打印機,尤其3D打印機,使得可以在紙上可視地顯示一個原型或也
可以在3D打印機上制造一個模型,例如也以經改變的標準向顧客運
輸樣品。

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產生 描述 位于 三維 成形 部件 表面上 數據 方法
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