Pratt & Whitney

基于CMM三坐标复制的检测流程

InnovMetric软件使用3D扫描仪和PolyWorks^®软件复制基于CMM三坐标的检测流程.

当今,汽车和航空领域的制造商使用接触式的探测三坐标技术来检测零件,铸件,模具等等。随着时间的推移，这项检测技术被证明可以大大提高了精准度和可靠性。它同时也被证明是耗时并且成本上相对昂贵。

最近，3D数码技术的出现和迅猛发展，已经为其在汽车和航空领域等许多应用领域开启了大门。在检测和质量控制行业中，最新突破性革新就是使用3D扫描仪和高密度点云检测软件完成一系列测量的复制，这些测量都是使用各种传统的测量工具，比如物理卡规，三坐标测量仪等获得的。

自2000年来，InnovMetric软件提供了一款强大的软件解决方案PolyWorks|Inspector™，使用高密度点云来对铸件/冲模/模具等零件进行质量控制，通过对原型，第一件成品，制成品，和组装件的检测来对制造流程进行评价审批。PolyWorks|Inspector提供一个完整的工具库，可以完成表格比较和轮廓比对（从工件到工件和从工件到CAD的比对），并且还包括完整的GD&T形位公差分析功能，以及大量的卡规工具（线，半径，冲洗和差值，厚度等卡规）。

挑战

InnovMetric软件公司应世界领先的加拿大航空引擎制造商Pratt & Whitney的要求，使用PolyWorks和3D扫描仪（替代传统上的三坐标CMM）来实现传统零件检测的复制。InnovMetric的应用工程师协同加拿大的Pratt & Whitney公司的开发组一起，通过进行一个典型的扩散器管的检测，来评估使用PolyWorks获得的与那些利用CMM三坐标获取的结果的对比。在这项比较试验中显示， PolyWorks在很短的常规探测流程中，可以提供非常精准的结果。

解决方案

对于这个特定的测试，使用PolyWorksInspector来完成一个典型的扩散管的检测方案，该扩散管是喷气式发动机里的一个零部件，主要功能是把压缩系统里的压缩空气传递至燃烧室。 “PolyWorks就如同一个虚拟的CMM三坐标仪，用点云代替物理部件来探测点。这样就可以能让质量控制专家获得成千上万的点，因此，他们就可以有更丰富和完整的信息作为基础，做出分析判断。” - Marc Soucy, InnovMetric总裁说道。

测试在以下五步骤完成：

A)数据获取：

步骤1.获取数据

扩散管通过3D扫描仪被数字化。由此，获取高密度点云，可给质量控制专家提供丰富的信息源。

B)使用PolyWorks处理点云：

步骤2.首次对齐和全局比较

• 从数码仪上获取的点云，使用最佳拟配对齐方式，来和CAD模型对齐。
• 点云和CAD模型被用来比较，来获取点到CAD的误差，并创建一个【通过/失败】的报告。

步骤3.第二次对齐

为重新进行CMM对齐，可以使用从3个截面抽取出特定特征（平面，直线和点）进行3-2-1对齐。

步骤4.测量和对比

可以使用GD&T编程技术和截面分析技术，在16个截面处获取其四维的测量尺寸。

• 平面测量（从截面）
• 弯曲位移（形位公差）
• N角度（形位公差）
• 最大偏差（从截面）

步骤5.报告生成

最后，可以生成一个包含彩图，表格和注释快照的完整的报告。随后，这份报告可导出如下几种文件格式，包括ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML, 和Word。

PolyWorks|Inspector™可节省扩散管的检测时间超过75%，同时保持传统CMM三坐标的精准度。

优势

PolyWorks在此实验中最显著的特征

• 曲面分析

为了把实现把制造过程中复杂的变形可视化，全局的数据点和CAD曲面比较是一个强大的工具。但在多数情况下，仅仅通过一个全局彩图来对一个零件做出接收/拒绝的判断，是不充分的，因为零件的功能通常取决于一系列的特定尺寸。在扩散管的例子中，沿着管道中心线的截面变化是决定零件是否合格的至关重要的指标。如果仅把一个全局的点到CAD的误差来作为检测流程中的判断指标，那么将会有很多本来合格的零件被误判为不合格而报废。

• 形位公差分析

PolyWorks|Inspector独有的一面就是基于特征的测量流程，即每个被编辑过的特征都可以具有用户自定义的公差。在这个项目，PolyWorks|Inspector的 GD&T形位公差工具可以定义CAD名义特征之间的关系，必要的测量之间的关系，以及每一个测量的特定公差。GD&T中的对象可以自动地计算点云上的实际尺寸，并且自动更新基于公差的通过/失败的报告。

• 强大的宏编程语言

分析从CMM三坐标获取的数据通常是项耗时的任务。为获取不同测量，数据被加载到不同的软件，以及进行其他操作时，都需要的手动的操作。测量每个新零件时需要重复每个操作。

利用PolyWorks，通过高级宏编程语言，一系列的测量步骤可以被自动化的执行。在这个的实验中，InnovMetric的一个应用专家，花了不到2天的时间就编写出了可以自动完成整个操作的宏程序。

最终，工程师就可以执行一个完整的点云检测流程，从首次对齐到创建完整的报告，在不到3分钟的时间内，只需点击一下鼠标，即可完成。

结论

基于10%的规则，初步的结果是可以 被接收的，因为扫描结果和CMM三坐标的结果的区别是低于10%的零件公差值。一个量规值 R & R（重复性和再现性）测试现在可以进行进一步验证这些结果。