收缩 ，翘曲和时间
ShapeGrabber和InnovMetric 帮助模具厂 MPC 及时做出汽车部件生产决策。
作为MPC的主要产品—PV阀，连接器，管道, 接头, 储液器, 充油盖等－己成为利润不断缩减的商品清单, 所以 MPC 开始为汽车制造商提供新的产品。其中包 括带有字母印纹的引擎盖。同 MPC 之前 所有产品相比, 这些都是造型要求高的部 件：球形的, 带浮雕的或有凹槽的。这些 是汽车制造商所谓的“ 外观”件：购买者在展厅内能检测出来。
由于这些部件的尺寸都大于MPC 之前 的任何一款产品的几倍, 收缩、翘曲对质量保证 提出了新的挑战。为了按时量产, 工程师 迫于在很短的时间以很少的数据做出加 工和工艺决定。
对他们来讲, 收缩和翘曲 很容易超出整个公差额度。不可避免的 成型工艺偏差迫使部件更超出规格要求。
由于是和汽车制造商打交道, 时间是业务关系的关键。MPC 在接收模具后打算四 周内开始生产并交付样件。
尺寸要控制在+/- 5 mm (大约0.200英寸) 的公差“预算”内。 且包括所有工艺, 材料和加工偏差。Gregory Clark 检测专家 MPC公司
收缩和翘曲的处理方案：
- 改变成型工艺
- 放松部件公差
- 制造冷却夹具
- 修改形成部件的夹具
选择和执行其中任何：种方案都很容易花 上四个星期－没有剩余时间进行进一步的 故障诊断。“四周是我们仅有的期限来调 整和稳定成型工艺, ”Clark 说道, “而除了 收缩和翘曲我们必须考虑更多的事情。”
MPC 用 ShapeGrabber 的 3D 激光扫描 仪和来自 InnovMetric 的基于点云的检测 软件 PolyWorks® 解决了收缩和翘曲问题。明智的 MPC 管理者将这个解决方案转换成：系列有竞争性的优势：更快的上市时间和更高的质量保证！
挑战
成型师面对收缩和翘曲的最大难题是它们 产生的原因不同。收缩同材料相关; 可在2% 和 14% 间浮动并且不同的树脂层变化不同。翘曲则同冷却以及设计者设计 的厚薄区段相关。成功描述这些尺寸和 公差挑战需要大量的分析和计算加上多 年的经验。
成型师从塑料树脂的材料安奎数据表 (MSDS) 中估算的收缩值开始设计新的 模具。为处理翘曲, 成型师应用了浇口、 通气孔及水立线的知识。但在模具未完 成及运行前, 收缩和翘曲只是经验估计。
接触式探测，模流分析和照相测量法
在激光扫描和基于点云的检测之前, 成 型师没有既深入又快速的表面检测工具。 最佳的可行方法是用坐标测量机 (CMM) 进行接触式探测, 模流分析和照相测量法。 所有方式都远远不能满足要求。
接触式探测
接触式探测不能检测微小的凸起和凹陷, Clark 指出, “更多微小的事情如在一对 X 和 Y 点倾斜万向的翘曲转移引起了另 一点 Z 向超出公差。”这就是为何彻医检 测一个表面需要 500,000 个 3D 点甚至百 万或更多, 而并赤接触式探测所提供的几 百个点。
此外, Clark 补充道, “CMM 要花 7 天准备 工作, 两天测量以及五天处理所有数据。 由于 CMM 总是被占用, 我们需花另外 7 天排队才能等到 CMM 的使用权。所以若 用点－点方式, 我们最多可尝试两灰来纠 正工艺。”
模流分析
模流分析是计算机仿真预测树脂在不同 的模具浇口位置和尺寸下的收缩和翘曲 率。这种方法有三个大的缺陷：
- 使用的是名义尺寸而并非来自部件的实 际检测数据; 之后的模具修正不能简 单的进行。
- 翘曲预测只是理论上的和数字的超出 模内流体虚拟世界的移动需要成型师改进, 而成型师通常拒绝这样做。
- 同任何仿真类似, 模流分析包含隐性的固定和数字值, 这些在现实世界可能并不成立。
“我们要知道模具中真正发生了什么,而不是假定发生什么”,Clark 说道。模流分析每个模
具要花费近 $12,000, 且通常要占用四周中的两周。
照相测量法
照相测量法名义上是用高精度摄像测量。 这种方法需要捕捉表面的灰数几倍于激 光扫描, 但为了对齐扫描片还需要粘：额 外的标记。照片数字化后, 可以同下载的 CAD 文件对比, 或转化为曲面面片形式的 CAD 文件。
照相测量法只是作为备选法检查发动机 真空装置的夹具和量规。“问题是对每个 发动机, 它们都是不同的”, Clark 说道。“我在这的 13 年中, 我们已经购买了总计350 万美金的一千多套量具。这些都是黑色部件, 因此拍摄起来质量很差”, 他继续 道, “我们总存在环境光线问题和Z向感光深度问题。”
数据到CAD的彩图比较
解决方案
MPC 用 ShapeGrabber Ai810C 扫描仪 检测塑料部件。这种多轴扫描仪是当前市 场上最自动化的 3D 扫描仪, 用户可以仅 用一次鼠标点击就完成整个部件扫描： 系统会做余下的工作。
这种操作的简便是由于多轴扫描的应用（水平和垂直）, 以及部件所置处的第三个旋转轴。所有这些轴都校准到同一个参 考系, 这样多次扫描会自动对齐。事先准 备好给定部件所需的扫描片, 所有扫描片 体将快速的自动对齐。
准备工作只需几分钟, 因为ShapeGrabber 扫描头有很大的景深(DOF)。这种大景深 使用户可通过一个简单并直观的图象界 面设置扫描, 因为它不需要同其它扫描头 那样紧随部件的复杂外表面。
ShapeGrabber 扫描头以 18,000 至150,000 点/秒的速度获取数据, 所以仅需几分钟就能生成部件的完整点 云。 然后数据由 PolyWorks 的检测模快简单处理并完成检测过程。
速度和易用性使 ShapeGrabber 扫描仪 广泛为客户使用, 减少了准备和检测时间, 同其它可远的方式比大大减少了检测成本。
可以在15分钟内获取MPC的数据，而不需要几天。
基于点云的PolyWorks软件检测。
MPC 的发动机盖检测现在在 PolyWorks/ 检测™模快中生成完整的公差误差彩图。 PolyWorks 将来自 ShapeGrabber 扫描仪 的成百万数据点同参考 CAD 模型比较。 MPC 的专：在 PolyWorks 中设定公差 以确定数据点相对 CAD 模型的可接受 和不可接受俑差。误差彩图显示了从红 色（正公差, 过多材料）到蓝色（负公 差, 过少材料）的整个色谱。由于公差彩图带是可调整的, 所以是一种 极好的假设分析工具。“彩图让我们知道 了模具内正在发生什么, 哪些表面由于 改变了公差而受影响, 影响多大”, Clark 解释到。“彩图所说明的”, 他继续道, “是这些塑料 件在模具里是这么流动的。我们知道部 件材料将收缩到适当的尺寸, 冷却期间 的翘曲也会使它的形状变化到设计者的 需求内。”
若 MPC 工程师要检测一些原来不在检测 规划中指定的项目, 他们只要点击数据上 的点或重新扫描增加数据点。不管怎样, 都只需几分钟时间。
对于 MPC 的使用者及它的客户, Shape- Grabber 和 PolyWorks 是唯一的解决方案。
- 紧跟生产速率和检测频率
- 通过标准重复性和可再现性（R&R）测试以认证检测系统
在 R&R 测试中, 操作者对 10 个部件的 同一特征分别测量 3 次。然后另一个操 作者对这 10 个部件的此特征再分别测量 三次, 之后将两者的结果比较。PolyWorks 和 ShapeGrabber 成功地通过了这些测试。
所有其它基于激光的方 式都太慢。没有一种可以在少于2或3小时之内采集必要的数据。
“几分钟, 代替了两个或三 个星期, 扫描使我们获得 了所有生产中需要选择 的表面数据”, Clark 说道, “我们通过 PolyWorks 几乎实：实现了对齐和 格式化。最终, 我们争取 了足够的：间来做;格
的生产决策。”他补充道, “由于我们可以 如此快的收集所有尺寸和公差数据, 我们 就有了额外的：间进行工程和分析每项 工作。额外的：间给了我们巨大的帮助, 我们可用来决定是否寻求更松的公差, 修改模具, 一定程度上改变工艺, 或制造冷却夹具。”
获得的时间也意味着工程师可以回头 再次寻找问题。也许包括新一批样 件中的可疑区域。“ShapeGrabber 和 PolyWorks 帮助我们通过了整个准备过程”, Clark 强调。
“我们相信 MPC 使用 Shape- Grabber 和 PolyWorks 在两周 内实现了投资收益”, 他补充, “它们给予我们两种新的竞争优势：无可匹敌的质量保证和快速的量 产启动。”
优势
在一个高要求的新市场中延续
对于某项新技术有效性的真正测试在于 它是否能延伸其优势, 超出日常使用者的 每日需求。在一个更大的企业, 这些优势 体现在更快的量产启动, 更多的工程和分 析时间及方式的更加灵活性。
提供的解决方案：
- 改进的质量保证使 MPC 确保部件将按 要求成型－在样件呈送客户之前。
- 消除了无数额外的尺寸检测, 更模具和工艺更快锁定以量产。
- 增强的检测灵活性, 使更多的生产选项 得到评估, 更多时间用于模具设计和 实验。这些特点直接转化为 MPC 的新 竞争优势－更快更好的部件－和更满 意的客户。
- 更短的上市时间。当对手浪费了数天 或数周于接触式检测时, MPC 在数分 钟内收集了一个表面的 50 万个至百 万个点。
- 更强的新市场渗透能力。MPC 飞跃式 的从严格的功能性、很少被看到的部 件转换到高造型的、直接映λ消费者 眼帘的发动机盖。
