成就更完美的注塑模具--白光扫描和数字化检测相得益彰

HEATS

美国Eifel公司致力于为一级供应商提供注塑模具的设计、制造及工程服务，Autoliv公司是他们最重要的客户之一。Autoliv公司生产安全气囊、方向盘、内饰中的控制按钮、音像系统等产品所用的注塑模具大都来自Eifel公司。值得一提的是，Eifel公司已经为Autoliv公司的近60个气囊/方向盘项目提供了快速交付的高精度模具产品和服务。

验证工作是SPDM的重要环节

在模具产品的设计制造过程中，Eifel公司采用同步产品开发和制造（SPDM）方式，以更好地满足一级供应商不断增多、不断变化的需求。SPDM这种设计和工程同时并进的方式使Eifel公司的产品开发制造周期降低了40%～50%。

验证工作是Eifel公司执行SPDM过程中的重要环节。模具制造流程中的每一个步骤都需要精确的验证，以保证每个步骤之前的结果是正确可靠的，没有将错误和问题留给下一步。只有这样，同步工作才能顺利进行，才能保证汽车制造商和他们的一级供货商的塑料件达到工程设计以及产品验证等目的。

在具体的验证工作中，Eifel公司应用白光扫描（也被称作“结构光扫描法”）和数字化的点云检测技术检测和验证关键的工艺步骤，确保模具质量，缩短制造周期。Eifel公司使用的是3D Scan IT公司的Imetric-IScan V双摄像头白光扫描仪（见图1），还有InnovMetric软件公司的3D点云处理软件——PolyWorks软件。这两种工具的结合，强力支持着Eifel公司的SPDM顺利运行乃至整个企业的健康快速发展。 3 W! B1 i* @; n1 O' J9 j" L

图1 工作中的Imetric-IScan V扫描系统

数以百万计的白光扫描

对于Eifel公司而言，之所以采用白光扫描获得数据进行验证，而不是采用接触式探针扫描或者激光扫描，其原因在于白光扫描更有利于采集到大量数据点的各种特性。

Imetric-IScan V双摄像头白光扫描仪的工作模式与3D照相机相似，相机内的每一个像素点就代表着一个3D坐标。Imetric-IScan V白光扫描仪非常适合于测量检查、逆向工程设计、仿形铣削和模具的加工，其测量体积范围为75 ～1 500 mm3，精度可以达到0.005 mm（5mm），分辨率有130万、500万和800万等几种型号，这个数值意味着扫描数据点的多少，即一次扫描就能获得130万个甚至更多的三维空间点的数据。

每次扫描的数据采集时间约为30～90s(根据分辨率的不同而不同)。对于小型的测量物体而言，只需要几次重叠的扫描就能获得优质的图像和表面数据，而对于车体的外形或大型A面模具的测量，则需要扫描十几次或者几十次以上才能获得完美的模型数据，即使带有反光和黑暗的表面也没有任何问题。多次扫描的结果使用公共点来进行对齐。

白光扫描系统采用照相法拍摄整个表面，而不是像激光扫描系统那样，沿着几千条微小的扫描线和几千个三维扫描点来检测表面，因此，模具表面上的任何部分都不会被漏检。

除此之外，白光扫描还具有以下优点：

（1）整个系统比激光测量系统简单，因为不需要便携式坐标测量机（CMM）、测量臂或铣床来辅助进行整体定位。

（2）扫描过程中的噪音要低得多（相对于三维点和数据扫描仪而言），另外，因为没有任何移动的系统，因此也不会产生振动。

（3）整体精度较高。因为在大多数情况下，不需要使用多次调试或“跳蛙”式设置，从而避免了累积误差。

（4）聚焦场相当大，因此，校正多次扫描所花费的时间也较短。

白光扫描和激光扫描都需要以车体的坐标作为参考基准。白光扫描采用黑白象限，以半英寸直径的圆形目标对准车体坐标，其方向相互对立。该系统所创建的空间犹如汽车的GPS全球定位系统。

高效的PolyWorks软件

采用3D Scan IT公司的扫描仪加之InnovMetric公司的PolyWorks检测软件，工程师可以在1min左右的时间内就可以通过几百万个三维数据点绘制出一个表面图形，这比任何采用接触式探针扫描的方法采集几百个数据点所需的时间都要短，而且接触式探针扫描通常会有99%的表面没有被检测到。

PolyWorks主要有PolyWorks/Modeler和 PolyWorks/Inspector 两大功能软件包，前者用于点云建模，后者用于点云处理。PolyWorks软件可以将扫描数据组合在一起，确定它们在车体中的坐标位置，然后将扫描获得的多边形图形与CAD数模进行比较（见图2），创建NURBS表面，并将扫描所得的特性曲线数据添加到数学模型之中。

图2 模芯后盖的测量数据与CAD数模的比较

在Imetric-IScan V完成扫描工作后，数据将被集成在一个三角化模型中，然后通过IGES接口与CAD模型进行对比。借助于功能强大的宏命令功能，互动式的宏命令检测被应用于所有的部件以确保检测过程的可重复性并加快检测速度。检测宏命令执行了以下检测操作：最佳拟合对齐、对比值参考、报告用图片的抓取、GD&T分析（应用于所有与对齐相关的基准）、对比点分析（类似于CMM式的检测）以及边界边缘点分析（使用误差注释功能）。最后，所有的检测结果将被呈现在PolyWorks EZlayout的报告工具中。检测宏也会全自动地把所有的检测报告项插入到标准的报告版面中，供打印或导出为PDF格式文件进行浏览。

都是受益者

白光扫描和数字化检测结合的方法使SPDM顺利走上了正轨，帮助Eifel公司在生产制造方面和保持利润空间方面获得了很大收益，Autoliv公司当然也是很大的受益者。

总的来说，白光扫描和数字化验证的优越性如下：

（1）绝对保证A面模具的任何表面缺陷不会被漏检。

（2）由于扫描仪和检测软件的高效化工作，工程师的有效工作时间成倍增加，模具设计人员和制造工艺工程师有足够的时间去思考和反映问题，并对模具的制造过程的任何问题做出正确的决策和处理。

（3）数字化的结果使各个部门之间可以互相支持，齐头并进，共同执行项目任务，当然，很重要的一点是，设计的可行性问题和可生产性问题在早期就会被发现和纠正，因此不存在需要返工的问题。

（4）进一步改善了业务关系，提高了客户满意度。因为用户有足够的数据证实其产品表面精度是完全合格的，模具的表面不存在任何可以假定的东西。【MechNet】