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精品文档你我共享AAAAAA通过逆向工程提高磨具制造的效率L.Iuliano&P.MinetolaReceived:5March2008/Accepted:1September2008/Publishedonline:23September2008Springer-VerlagLondonLimited2008摘要：现代CAD/CAM技术加上五轴高速铣削允许减少模具生产时间和成本。然而,为了把模具投入使用，手工操作和拟合也是所要求的。这样的操作,被模具制造商所执行的手动操作,修改被磨表面的模具。逆向工程技术可以使用在质量控制评价维度和几何公差在模具加工和装配后。产品的形状变化有时是决定模具已经被加工后的情况。如果可能，在这种情况下,,模具制造商直接修改模具。因此最后真正的几何学的模具不反映原始的CAD模型的任何一个。本论文的目的是指出非接触式质量控制的优点并且说明一个程序,在基于逆向工程技术上,重建和更新模具在抛光和配合的数学模型。该程序是测试模具用于生产塑料相机主体的生产,它以前是检查结构光三维扫描仪的方式。关键词：CAD模型；逆向工程；模具；表面重建；计算机辅助检查1.绪言生产工具(即模具)是在制造业的消费产品中必不可少的元素。设计和制造模具是开发一个新产品中时间长并且昂贵的步骤。由于这些原因,任何提高模具制造的努力都倾向于减少时间和成本。现如今,现代CAD/CAM技术和五轴高速铣削[1]允许:从3DCAD模型的块开始的一个快速模具设计;；建设对电火花加工的电极,来克服几何图形相关的问题,这不是通过铣削工具可加工的生成；数控刀具轨迹,使用一些方法策略开发来减少加工时间[2]；在粗加工提高材料的利用率；更好的尺寸公差和低粗糙度[3、4]精品文档你我共享AAAAAA把模具投入到使用之前，无论多么远的边界切割技术被推广，操作时仍总是要求：手动完成,通过删除铣、电火花加工流程的标志，获得一个平滑的表面；配件,以确保模具正确关闭一方面,抛光和配件保证成型的块,但另一方面,他们修改腔面,在数学上是不确定的。因此,最后的实际几何形状的模具不反映了一个原始的CAD模型(理想几何)。今天CAD软件资源不允许消除这种不协调。另一个方面,这是经常被忽视，是引入小的变化的模具。完成后，有时模具进行修改以反映在最后一刻修改产品形状。在这种情况下，模具制造商直接修改模具没有更新CAD模型。因此，可能存在的问题：在装配组型部分的归属；由于模具磨损或断裂，模具必须被替换,缺乏一致性的CAD模型和模具实际增加再次加工成本和产品开发和推出的时间。逆向工程技术对模具制造商来克服这些问题提供新的机遇。在最近年,非接触式数字化设备在每次扫描时计算精度和测量数据点的数量已得到改进。高扫描速度允许用户在几秒钟检索几十万(甚至数百万)模具表面点。在高密度点云所包含的信息都可以在模具的质量控制和CAD模型更新[5,6]中使用。显示CAD数据对比和点云数据结果的颜色偏差图,提供一个完整的公差和偏差的分析。这远远超出了在逐点检查工具坐标测量机器(CMM)[7,8]中可以做测量一些散射点的技术。整体和局部偏差在型腔表面能评估识别加工错误和调查他们的原因。考虑在颜色偏差图的偏差模腔表面也可能把模具投入使用之前对于减少安装时间是有用的。结果检查扩展到整个图表面而不是限于一些逐点措施可以分析：&定义重新加工策略,当真正的表面模具比相应的的一个CAD模型是“更高”。这就意味着有一些剩余材料,仍然可以被去除;&当真正的表面的模具比相应的CAD模型之一是“低”，检测不可恢复错误并调查原因。这意味着没有剩余材料供进一步加工或手动完成。在这样的情况下,如果错误的使用超出给定的公差模具不能使用。另一方面,逆向工程资源可以用来更新模具的数学模型的通过：精品文档你我共享AAAAAA数字化的阳模和阴模零件,得到点云数据作为输出；重建腔表面；一代的三维CAD模型的模具本文的目标是展示非接触式检查比逐点测量的优点。在抛光和配件操作后,更新的3DCAD模型的模具也应该成为一个好的练习在模具制造商。来完成这一任务的一个过程是定义使用常见的逆向工程技术和软件包。拟议的程序进行了测试和验证了模具的注塑塑料相机的主体。2.插入数字化和检验(CAD模型比较)插入的模具是由轻合金制成(图1)。在经过激烈的铣削数控机床,通过电火花加工完成的位于相机处理处的小凹槽。事实上，由于他们的大小,这个凹槽不能通过铣削加工。左边一半的阳模腔在完成铣操作后不会，所以它还礼物45°的证据交叉轧机路径。的另一半而不是后腔抛光加工(图2)。这样的介绍了人工操作评估如果非接触扫描仪能够辨别不同的完成的正常的两半。为了指出非接触式检查的优点，模具插入被数字化使用光学扫描仪产生的阿托斯标准GOMGmbH(图3)。大型模具或产品的非接触式扫描比接触扫描较少耗时且可以很容易通过改变数字化的相对位置光学传感器部分进行削弱。此外,当前光学扫描仪的准确度和分辨率允许一个很好的定义作为一个伟大的边缘部分的分数衡量他们。选择的扫描装置利用立体愿景是它有两个CCD摄像机XC75索尼内置(分辨率为768×572像素/8位),它存储的图像光条纹投射到扫描对象。这个投影仪,放置在该中心的传感器,十个幻灯片作为项目的一个序列:四个干扰模式(相位变化技术[9]),接着是六个灰色编码(10、11)二进制图像。六位代码允许的区别在26=64列之间的视野中。考虑到整体尺寸的模具插入,扫描仪校准的进行工作面积160×200毫米在距离600mm。准确性的扫描仪这样的配置是0.06mm宣布在设备上数据表。精品文档你我共享AAAAAA图1模具插入(外形尺寸:200×98×35毫米）图2不同凸模表面的抛光图33D扫描仪阿托斯标准和阴性的模具,参考点标记数字化之前,一层薄薄的白色不透明的粉末是为了避免典型的金属表面光反射的问题喷在插件上。此外,参考点是应用于包含更少的细节领域的插件粘胶目精品文档你我共享AAAAAA标(即标记)。多个扫描自动注册在一个点云,随着扫描软件识别固定参考网格被一些标记创造。被标记所覆盖缺乏数据区域,但是软件允许完成虚拟模型的对象关闭这样的洞。登记错误表1所示在基于参考网格的标记对齐程序软件计算。Inus软件技术有限公司的Rapidform软件用于模具的检验。比较分析点云模型和被软件计算的原始的CAD结果显示的平均距离,标准偏差和最大距离如表1所示。2.1凹模检验数字化的进程中凹模模具腔要求十二个扫描。数字化数据之间的比较和原始的CAD模型显示了一个最大偏差0.84毫米在左边超级腔体。这样的价值是证实了在CMM逐点测量验:测量那腔体的深度,真正的偏差造成的0.85毫米。在优越的一半的阴模腔,偏差是关于−0.30毫米,而错误是积极的(约0.20毫米)在另一半。与相对误差的偏差映射(图.4)可以清楚地注意到一半的空腔较差,而模具分离面几乎是正确对齐与CAD数据。表1非接触式检测模具插入的结果数字化凹模插入凸模插入扫描频率129多重扫描登记错误0.02mm0.01mm扫描数据与CAD模型的比较平均距离0.01mm0.01mm标准偏差0.15mm0.11mm最大距离0.84mm0.60mm两部分不同的偏差的迹象显示,电火花操作是错误的。黄色线在中间的偏差图可以被认为作为一个虚轴，它的的空腔表面可能旋转(由箭头所示方向)，再次与原始的CAD模型一致。可能在电火花加工的电极运动不是完全垂直于分离面凹模模具。正常的小倾角可能是由于一个不正确的安装模具的电火花机床。因为这个原因,电极加工侵精品文档你我共享AAAAAA蚀太多的材料在一半的阴模插入。倾向是考虑了分割面在数字化的数据和CAD模型正常的计算:他们之间的角宽0.63°.图4凹模插入偏差图图5凸模插入偏差图2.2凹模检验可以完全数字化的凸模插入九个扫描是必要的。对于扫描数据和原始的CAD模型的比较,最大误差是局部上级对突出的空腔(图5)。在那区,在一个工具改变时，有一个倒塌引起的铣刀。在CAD数据,处理小凹槽的底部边界有尖锐的边缘。凸模插入是在平行平面轨迹的球鼻有直径的完成刀具4毫米和数控磨45°斜交叉路径中被加工。这样的精加工并不允许创建锐利边缘的凹槽的底部。因此,扫描数据显示在凹槽的手柄一个大的偏差。图2允许观察留下的45°斜轨迹的铣刀。此外,偏差图的凸模插入展示在左半部分和右半部分的不同。这是手动完成右边的一半的证据。多样性被通过限制表示规模到一个错误的0.20毫米(图5)所提高。精品文档你我共享AAAAAA抛光操作了一层很薄的材料,导致偏差小于0.10毫米。在为了证实这种结果的非接触式检查整个凸模插入,通过CMM的方式，抛光的一半的空腔和另一半的空腔被检测出。两个区被选上优越的表面的凸模腔,每个半有一个。第一个,记作A,指的这一半不是手工完成的,因此它位于凸模插入的左边部分。另一个,记作B,指的是抛光的一半(图6)。传统的逐点测量在这两个区域以英国TP20探头安装在坐标测量机DEA的全球形象模型070707的方式被重复。校准后的CAD模型坐标系统,83个点在A区被检测和106个点在区域B被检测.就平均距离，标准偏差和最大距离测量分和相应的模具CAD模型，CMM检验的结果报道在第二列的表2和3。为了进一步比较CMM检验结果的非接触式扫描,两个有限集,对应区A和B,被分离在整个扫描数据的凸模插入。这两个集合与对应点的模具CAD模型对比的结果在最后一列的表2和3。作为一个事实,在传统质量控制获得的,这样的结果很相似,但是这被称为一个更高的点密度。这种方法和允许状态,光扫描装置采用可以替代CMM,利用非接触式检测（在介绍中已提到）的优点。唯一的要求是这个扫描仪精度必须符合检查模具的尺寸公差。因为CMM的结果几乎是等于其光学扫描的精度,同样重要的是不透明的粉末层洒在插件上是影响检测的结果,因为它的厚度是低于的扫描仪的精度。此外,GOM(表2)软件计算的登记错误和点云处理的影响不是添加扫描器精度而是包括在申报价格的构造函数。图6A和B区选择的逐点测量cmm（左边为A区，右边为B区）精品文档你我共享AAAAAA3.过程的重建模具CAD模型在重建的模具CAD模型,几何公差(对称、同心度、平行性、正交性,等)必须被视为他们代表一个基本信息块加工、装配和正确的工作。在设计阶段,以及应用逆向工程,功能块是非常重要的,它不能被忽视。例如,两架飞机之间的角度可以测量大约90°的扫描模具的点云数据的注射成型。没有任何的技术考虑,移动到90°可能被认为一个测量误差和人可能决定在最后重建CAD模型画两个垂直的飞机。小草案角度为正确的提取生产件是必要的替代且创造两个垂直飞机可能是错的。由于这些原因,重建的过程主要依赖于的操作员的经验。从扫描数据、标准或自动程序中创建一个正确的CAD模型并不存在。最重要的一步是分割的过程,这是细分的扫描数据到表面区域或区域。形状特征支持产品设计和先进制造业技术。通过自动或半自动边缘检测和形状特征识别，在研究提高分割过程中已经运用。较好的结果包括经典几何图形和某种机械零件,但不是任意的形状和特征。专门的软件包中的自动程序的还没有足够的给用户满意的结果:他们生成一个集合连接全球未装饰的补丁，反映形状的拓扑结构,但表面的边界很少一起运行特性线、锐利边缘、角型材等。所谓的任意拓扑曲面[12]不区分重新设计它形状,因为重建程序的基础是分析数据结构,不保存信息的如何细分。自动化表面重建是非常快速并且如果逆向工程过程的最终目的是创建一个对象没有做任何修改,其形状和对质量没有要求的数字模型，可能是应用于工业。在这种情况下,有时,三角模型是足够的,因为STL文件是计算机图形应用程序的起点,快速原型或铣削路径计算也可以。由于需要进一步的形状修改或未来的重新设计，为了保持其价值，当需要更新的3D模型的模具或产品时,CAD驱动就应该利用。如果逆向工程软件的用户用同一方法将点云创建表面用到模型的CAD运营商，他们重建的结果过程是更好的,[13],所以人际互动仍然起着基本的作用。事实上软件算法自动检测通常只