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三坐标测量机 |
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一天内开发出适于生产的新模具 |
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作者：Carl Zeiss 来源：PT现代塑料 |
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一套注射模塑工具怎样能实现从设计到生产的转变？大部分公司都是从CAD模型出发来生产出相应的模具。模具被安装在注塑机上，某种塑料被注入模具内，而人们热切聚集来看生产出来的注塑部件。部件看起来不错但明显还留有很大提升的空间。注塑工程师介入其中并用他/她的专业技能来在最佳模塑参数间寻求折衷的参数值，在试模 — 包括基本测试以后，你会得到一些相当好的部件 — 至少看起来还不错。
探索 — 在实验室内的数周
或许你们在统计你们生产像这种塑料制的排液阀的部件所付出的努力，并采用实验设计方法(DOE)来集中注意机器的设定。为此，你组织你所共有的智囊团，注意关键的可变因素，创造出一个DOE并由你的注塑工程师来实施。结果会生产出许多部件 — 每一个由不同的参数生产出来，因此相对于其它部件而言，每一个部件都有一定程度的变化。问题是它们有多少变化并且哪些地方产生了变化。
对于你们中的大多数而言，发现这些变化的必要工具安装在你的材料和质量实验室。你可能用接触和非接触式坐标测量机(CMM)程序来检查你能看见和触及的特征。你通过铸封、切片和最后的抛光来进行一些破坏性实验，以便能用显微镜、光学比较仪、CMM和手动工具来观察材料内部的“隐藏”特性。你可能也用X射线检查来测量塑料部件内部空洞(中空)的数量并观察壁厚的变化。
人们对于破坏性测试(铸封/抛光等)通常的抱怨就是该实验室的根源问题是处理部件的过程通常是“破坏性的”。
取决于部件/工具的复杂性，发现阶段有可能要占据3周的时间。如果一套昂贵的注射模塑装备要空等实验结果，或者更糟的是在结果出来之前就正用于部件的生产，人们不禁要问是否还有更好的方法？
一个可能的解决方案
你可能听说过术语CAT(计算机辅助X线断层摄影术)并在医院亲身体验扫描。这种技术采用X射线来穿过你的身体并生成想要观察部位的三维图像。相反，工业界也有一种相似的技术叫做CT(计算机化X射线分层造影)。二者的不同之处在于X射线的能量、机器参数和重建方法/运算法则。
对于那些尝试用CT机器来扫描塑料部件的研究，你可能已经看到了其令人注目的图片(特别是用较新一代CT机进行的扫描)。与传统计量仪表相比，这些系统更快，不需要复杂的夹具，因此消除了由于夹紧力导致的部件变形。
Metrotom系统
从Zeiss开发实验室内部得到消息，新一代的CT测量技术装置已经在量产。它颇具革新性，因此公司创造了 “MetroTomography” 这样一个新分类来描述这项新技术。Metrotom系统由Zeiss工程部门最好的业务领域来进行设计，包括来自我们高性能CMM的技术，如导向槽、驱动系统、控制器、旋转表和工业领域中处于领先的Calypso测量软件，这就赋予系统具有：
◆ 最重要的是具有很好的精度 — 对典型的塑料部件而言其测量精度可达9微米。
◆ 测量结果具有极好的重复性 — Metrotom系统将通过计量重复性&重现性(GR&R)测试。
◆ 所用软件能评估ANSI Y14.5/ISO GD&T图形标准。
◆ 能在60分钟内扫描完部件 — 如果部件足够小(医疗塑料部件)的话，其每次能扫描不止一个部件。
◆ 扫描是非破坏性的，扫描完后你能取回你的部件。
典型应用
采用X射线，部件内部和外部结构都能很容易可视化。通过对整个工件进行一次扫描，对你的工件进行评估的所有信息都可获取到。比如，这些信息可用作于：
◆ 你的部件和CAD模型之间的虚实比较。
◆ 缺陷分析：检查孔隙率、纯度。
◆ 装配检查：你的工件中组装部件的校准。
◆ 逆向工程：相继创建STL和CAD数据。
◆ 用虚实数据进行模具校正。
◆ 部件的尺寸测量。
过程 — 一个实例
部件被置于一个旋转台面上，经过一个全回转后(30-60分钟)生成完整的三维数据。如图1所示，CT数据集(右图)和CAD模型(左图)最初有不同的原点并可能有不同的定位。
图1
与典型的工业CT系统不同，该系统中没有数据处理和缩放，无论如何 —Metrotom系统生成一个9+L/50微米的MPEE(测量误差)数据集，其包括部件内外的每一个地方。数据MPEE是ISO计量工业中“最大允许偏差”的首字母缩写，并用于描述可追溯的系统测量误差(精度)。
下一步是Calypso软件使用专门画图的数据参考框架(DRF)来比对CAD模型数据组(图2)。一旦被校正的这种唯一的可视指示CAD模型重叠，CT数据集就是CAD表面的“边界”，其揭示部件的基本几何形状。这种逼真的软件工具能帮助人们不用经过模塑而快速确定小塑料件的特征，并且这些塑料件因为其尺寸的原因，通常可能被忽视了。
图2
Calypso软件不使用立体平板印刷术(STL)格式的文件来用于测量 — 通用的STL格式被开发来用于可视化方面的应用，但不能对部件的几何尺寸进行精确的描述。相反，Calypso软件从原有的CT灰度图模型来直接对部件进行测量。
一旦数据组被与CAD模型进行对比，分析就可以开始进行了。很实际和快速的第一步是用图像化(通过颜色变化)显示所有的内部和外部表面如何相对于CAD模型来开始的(图3)。甚至能观察部件内部更为深入的位置，软件工具可从任何方向来对部件进行切面研究。该切面工具也能用于揭示材料内部所包含的空洞。
图3
现在记住部件的扫描和分析可在数小时内完成，我们说彩色图有助于注射模塑方面的归零处理，但你真正需要的是一个完整的设计图报告。利用Calypso软件，其提供更深入地向下钻取数据的工具来开发一种测量方案(离线)，举例来说，诸如这类流体导出阀的塑料部件。具有这种强大的几何连系尺寸和公差(GD&T)计算引擎，Calypso软件能处理所有你的插图编号并以无限的格式来报告相应的数据。图5所示为一个Excel格式的输出报表，而图6为一个指向被考虑特征的带箭头的气球状图表。不是颜色被用作根本的方法来显示条件 — 在公差内或外的情况，而是正好容易被用于显示所用公差的百分率等。
图4
图5
图6
MetroTomography：须考虑的几点
精度: 分辨率与精度并不是一回事 — 它很重要，但作为一个例子，高的分辨率从来不能补偿低精度的机电设计。底线是打算将该系统用于测量结果必须符合所知的参考标准的情况。你可要求制造商向你说明他们的X线断层摄影术系统的精度如何。
重现性: 如果你正评估一个像Metrotom的新测量系统的话，花一些时间来确认该测量系统给出的结果具有重现性并不受操作者的影响。一个判断系统性能的金标准之一是关于测量重复性和重现性的测试(GR&R)。
一种比较好的单凭经验的方法是你的测量结果必须重复到特征公差的3%并达到GR&R的10%。性能测试无疑很费时间 — 有时完成一个完整的GR&R需要3到4天。然而，它是一种发现测量问题并最终防止关键性错误发生的极好技术。
速度: 如果要进行测量，必须快速进行 — 记住你的目标是在一天内开发出新模具 — 而不是一周或者更长的时间。Metrotom系统能在一小时内完成对塑料部件(包括数据重组)的扫描。
软件: 没有能提供有用结果的软件工具的话，即使是快速、精确并具有可重复性的系统对于测量目标而言也没有用。该测量学软件必须能够输出任何的CAD文件、具有强的GD&T计算引擎、可提供快速创造和编辑测量方案的快速方式，并且最重要的是能对原有的CT数据集进行测量。
最终思想: 当它到达数字图像时，不要只相信你的眼睛所看到的，需要用到其它的信息 — 特别是如果要用数据作重要决定时。虽然真的是强大的图像处理需要强大的处理运算法则，但只需要加载一个二维图像到任何图片编辑软件中来感知图像运算处理数据的能力。通过仅改变对比度，能生成很不同的图片并因此得到很不同的结果。软件显示清楚图像的能力是一个好的出发点，但是如果想测量或者从数据来做反向工程，这仅是一个开始。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/20/2009) |
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