Ускорение проверки при быстром изготовлении прототипиров
O’Fallon Casting увеличивает скорость операций проверки быстрого изготовления прототипов с помощью PolyWorks®.
Основанная в 1969 году компания O'Fallon Casting - это компания по литью цветных металлов по выплавляемым моделям, имеющая предприятие, расположенное всего в 20 минутах к западу от Сент-Луиса, штат Миссури, которое занимается быстрым изготовлением прототипов и изготовлением отливок. С 2006 года компания O’Fallon Casting использует 3D-сканирование и программные решения PolyWorks® для проверки своих шаблонов и литых деталей с помощью облака точек.
O’Fallon Casting из Сент-Луиса, штат Миссури, является ведущей компанией по литью цветных металлов по выплавляемым моделям, которая заработала свою репутацию на производстве высококачественных отливок по конкурентоспособным ценам для удовлетворения требований конечных пользователей. На своем предприятии площадью 50 000 квадратных футов компания специализируется на литье целого ряда сплавов на основе алюминия, меди и металломатричных композиционных сплавов на основе карбида кремния и поставляет только отливки или отливки, обработанные на станках по техническим условиям заказчика.
Проверка деталей с Беном Галмиче (слева) и Тедом Шнарром (справа) из O’Fallon Casting с использованием КИМ Global, лазерного сканера Metris XC50 и PolyWorks.
Задача
O'Fallon Casting обслуживает широкий спектр рынков, включая контейнеры и упаковку для военно-ракетной и электронной промышленности, клапаны и насосы, медицинское и стоматологическое оборудование, высокоскоростное автоматизированное прецизионное оборудование, аппаратуру, оргтехнику, робототехнику, оптическое и лазерное оборудование, оборудование для обработки кремниевых пластин и оборудование для производства полупроводников.
Одним из направлений роста компании является быстрое создание прототипов. Она использует одноразовые шаблоны, созданные на основе 3D-модели из файла CAD, для быстрого и экономичного изготовления детали и проверки ее конструкции перед созданием производственного инструмента.
«В последние годы было сделано много улучшений в отношении качества отделки поверхности шаблона, точности шаблона и альтернативных материалов шаблона, и сегодняшние шаблоны более удобны для пользователя при работе с формами, близкими к конечным, предлагаемыми в процессе литья по выплавляемым моделям», - сказал Бен Галмиче, О'Фаллон Кастинг, инженер по качеству. Благодаря этим улучшениям быстрое создание прототипов литых деталей является хорошим преимуществом для клиентов, которые хотят снизить общие затраты на инструменты и быстро вывести продукты на рынок.
Контроль качества является важным аспектом литейного бизнеса, и традиционные методы проверки, основанные на сенсорных методах, плохо подходят для быстрого изготовления прототипов.
«В прошлом у нас не было эффективного и продуктивного способа проверки твердых моделей. У нас была старая координатно-измерительная машина консольного типа, и мы использовали сенсорный датчик со щупом для сбора данных о размерах. Этот процесс был медленным, и мы искали новую альтернативу», - сказал Галмиче.
Решение
Чтобы сократить время выполнения быстрой проверки прототипа, компания O’Fallon Casting обратилась к 3D-сканированию и проверке на основе облака точек. O’Fallon Casting заменила старую КИМ на КИМ Global от Hexagon Metrology и оснастила ее кросс-сканером Metris XC50, высокоскоростным многополосным трехмерным лазерным сканером, предназначенным для проверки фигур деталей, обеспечивающей оптимальное распределение точек во всех направлениях. Эта новая система 3D-измерений была поставлена с универсальной программной платформой 3D-метрологии PolyWorks.
Эти вложения оказались правильным шагом, который быстро окупился. В частности, когда в 2008 году компания O’Fallon Casting получила запрос на проверку корпуса встроенного огня на конце крыла самолета Boeing 787 Dreamliner.
Вот как O’Fallon успешно интегрировал анализ на основе облака точек на всех этапах процесса быстрого создания прототипа:
- Шаблон корпуса огня на конце крыла был создан на основе трехмерной CAD-модели детали, созданной заказчиком, с использованием стереолитографии (SLA) и селективного лазерного спекания (SLS).
- Затем шаблон был проверен визуально и вручную, чтобы определить, соответствует ли он базовой CAD-модели детали и правильно ли он рассчитан с учетом усадки.
- После того как образец был подтвержден и одобрен в процессе проверки PolyWorks, O’Fallon Casting построила керамическую оболочку вокруг шаблона быстрого прототипа.
- Керамическая оболочка с шаблоном прошла процесс выжигания, при котором шаблон испарился, и осталась только керамическая форма. Деталь была отлита из алюминия марки А356, искусственно состаренного до состояния Т6.
- Затем деталь была измерена с помощью КИМ Global и лазерного сканера Metris. Данные облака точек, собранные в ходе этой процедуры, передавались в PolyWorks в электронном виде через внутреннюю сеть компании.
©Boeing
Выравнивание сканов и уменьшение перекрытия в модуле PolyWorks IMAlign™.
В рамках общего процессе компания O’Fallon Casting использовала 3D-оцифровку и PolyWorks для проверки как шаблона из пенопласта, так и собственной алюминиевой детали. «Мы импортируем данные размеров в модуль IMAlign™ программы PolyWorks, где пути сканирования автоматически выравниваются с использованием алгоритма оптимального совмещения для создания модели облака точек для данной детали, - сказал г-н Галмиче. - На этом этапе мы внимательно изучаем модель, чтобы определить, есть ли у нас все данные, необходимые для точного сравнения ее с CAD-моделью заказчика. При необходимости мы переориентируем деталь на КИМ и получаем данные о размерах из другого вида», - заявил он.
При сборе данных о размерах для этих прототипов деталей O’Fallon Casting использует очень низкую скорость сканирования, чтобы гарантировать получение высокого уровня деталей фигур. В ходе этого процесса собираются лишние данные. «Мы используем функцию уменьшения перекрытия IMAlign, чтобы автоматически удалить излишки в областях перекрытия сканов и создать единый набор точек данных, который точно определяет размеры детали в этих областях», - сказал он.
Затем выровненные сканы были объединены с помощью модуля PolyWorks IMMerge™ для создания высокоточной детализированной полигональной сетчатой модели оцифрованных деталей.
Глобальный анализ отклонений при помощи цветных карт.
Анализ толщины стенки, зазора, трехмерного угла и плоскостности выполняется с помощью модуля PolyWorks IMInspect.
«Используя простые инструменты PolyWorks IMInspect™, мы можем быстро увидеть, где деталь выходит за пределы допуска по сравнению с моделью CAD заказчика», - Бен Галмиче, O'Fallon Casting
Затем полигональная сетчата модель была экспортирована в модуль PolyWorks IMInspect™ для выполнения самого процесса проверки размеров. В этом пакете используются мощные методы выравнивания данных по CAD, включая оптимальное совмещение с ограничениями, и методы, основанные на фигурах и базовых точках. Он включает инструменты сравнения и измерения для полного анализа отклонений поверхности и поперечного сечения, размеров фигур и элементов управления GD&T, зазора и толщины. Для этого конкретного проекта O’Fallon Casting использовала пять специальных инструментов IMInspect для проверки корпуса сигнального огня на конце крыла:
- Глобальное сравнение было выполнено путем вычисления отклонения между каждой оцифрованной точкой и соответствующей базовой точкой CAD. Цветная карта отображалась в соответствии с допусками, установленными O’Fallon Casting.
- Чтобы убедиться, что луч света проецируется без помех, зазор детали был измерен путем сравнения трехмерных расстояний между двумя плоскостями.
- Толщина стенки была извлечена путем вычисления трехмерных расстояний между двумя точками. Это гарантирует ее надежность и подтверждает, что деталь соответствует проектным требованиям.
- Плоскостность и трехмерный угол между двумя плоскостями (базовая точка A и базовая точка B) были вычислены с использованием платформы GD&T PolyWorks. Результат «прохождение/непрохождение» был предоставлен согласно установленным допускам.
Используя функцию генерации отчетов в PolyWorks, г-н Галмиче подготовил отчет о проверке в формате AS9102. «В дополнение к данным мы включаем моментальные снимки сравнения модели, чтобы клиенты могли быстро увидеть, где деталь находится за пределами допуска. Мы также можем продемонстрировать, где деталь просто немного или сильно выходит за пределы допуска, используя разные цвета для обозначения различных диапазонов допуска. Наконец, благодаря бесплатной программе просмотра, PolyWorks|Viewer, наши клиенты могут визуализировать свои проекты проверки в 3D на своей собственной рабочей станции».
©Boeing
Преимущества
Комбинация Global CMM, лазерного сканера Metris XC50 и программного обеспечения PolyWorks значительно сократила время, затрачиваемое O’Fallon Casting на быстрое создание прототипа детали от начала до конца. «В глобальном масштабе мы очень довольны этим новым процессом проверки на основе облака точек, - сказал г-н Галмиче. «Для типичной детали мы можем собрать необходимые нам данные о размерах примерно за один день, а анализ данных с помощью PolyWorks можно выполнить менее чем за полдня. Это примерно в два раза быстрее, чем время, которое процесс занимал в прошлом. Визуализация данных также позволяет клиентам быстрее просмотреть отчет о проверке и понять результаты анализа данных о размерах.
Дополнительно
O’Fallon Casting также использует комбинацию КИМ/лазерного сканера/программного обеспечения PolyWorks для проверки своих собственных форм и инструментов для правки на сжатие, чтобы убедиться в их соответствии конструкции. PolyWorks|Inspector быстро и точно показывает, где инструмент может быть изношен или слегка выходит за пределы допуска.
Г-н Галмиче также видит еще одно возможное применение нового пакета для проверок. «У нас были клиенты, которые просили нас проверить конкретный компонент системы, чтобы помочь им определить, не вызывают ли внешние условия, такие как тепло, ее неисправность. Мы можем сделать это быстро, отсканировав деталь и сравнив фактические размеры детали с проектным замыслом с помощью PolyWorks. Это может быть для нас новым направлением деятельности».
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Reviewer™