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應用METROTOM斷層掃描測量技術優化試模進程余姚模具培訓

應用METROTOM斷層掃描測量技術優化試模進程

一套注塑模具如何實現由設計進而到生產的轉變?業界大部分模具從業者皆從產品CAD模型出發最終生產出相對應的模具。此刻,模具安裝于精密注塑機上,某種塑料顆粒原料被注入模具內,從業者熱切聚集查看生產出來的塑件。首件看起來不錯但明顯仍有很大的提升空間。注塑工程師介入其中并以他的專業技能及經驗在注塑參數間尋求最佳的參數值,在試模  包括基本測試以后,你會得到一些相當好的部件  至少看起來還不錯。

探索在質量實驗室的數周

或許您此刻正關注生產此類塑料閥門組件所付出的努力,并采用試驗設計法(DOE)不斷優化機器的參數設定。為此,您組織著您的技術智囊團,研究關鍵的可變因素,設定并規范DOE并由您的注塑工程師負責項目實施。進而生產出許多樣品  每一個皆基于不同的參數生產,因此相對于其它樣件,每一塑件均有不同程度的差異或變化,其關鍵在于它們有多少差異并且哪些地方發生了變化?

對于廣大的模具行業從業者,發現此類變化的必要工具來自于您的材料及質量實驗室。您可能用接觸及非接觸式坐標測量機(CMM)來測量樣品可見或可觸測的特征元素。您通過封膠、切片及研磨來進行各類破壞性實驗,以便可用顯微鏡、光學測量儀、CMM及手動測量工具以觀察材料內部的隱藏特征,或可能用傳統X射線機檢測塑料部件內部氣孔的數量并觀察壁厚的變化。

從業者對于破壞性測試(封膠/研磨等)通常的抱怨即是傳統實驗室的根源問題是處理樣件的過程通常是破壞性的。取決于樣件/模具的復雜性,測量周期往往有可能要花費超過長達3周的時間。如若一套昂貴的精密注射模塑設備要空等此實驗結果,或者更糟的是在測量結果出來之前即已用于部件的量產,我們不禁要問是否還有更佳的解決方案?
 
有效的解決方案:

您或許聽聞CAT(計算機輔助X射線斷層成像)并曾在醫院親身體驗其掃描過程,其原理在于采用X射線來穿透人體并生成想要觀察部位的三維圖像。與此同時,工業領域亦有一種類似的技術稱之為CT(計算機X射線斷層掃描),兩者的差異在于X射線的能量、系統參數及圖像重建算法。
對于模具行業內未曾嘗試用CT系統掃描塑件的從業者,您將看到令人眼前一亮的圖像效果(圖1)。與傳統測量儀器相比,此系統更加快捷,且無需復雜的工裝夾具,因此消除了由于夾緊力所導致的塑件變形現象。
METROTOM系統

德國蔡司新一代的CT測量系統已在全球全面推廣并得以廣泛使用。鑒于其技術革新性,由此誕生 METROTOMOGRAPHY 這樣一個新詞類以準確闡述此高科技新技術。METROTOM系統由德國蔡司工業測量部門負責提供全面的的設計方案,包括高性能CMM的技術,如精密導軌、驅動系統、控制系統、超高精密轉臺及工業領域中處于領先的Calypso通用測量軟件平臺,這將賦予此系統具有:

◆ 最重要是:絕佳的測量精度  對于典型的塑件而言其測量精度可于9微米起。
◆ 測量結果具有極佳的重復性  METROTOM系統將通過重復再現性(GR&R)測試。
◆ 配備的軟件平臺可全面實現ANSI Y14.5/ISO GD&T形位公差測量及評定。
◆ 于60分鐘內即可完成掃描  如若樣品體積足夠小(如各類醫療塑料部件),每次甚至可掃描不止一個組件。
◆ 此掃描過程為非破壞性,掃描完成后即可取回樣品,且您的樣品完整無缺。

典型應用

基于X射線原理,樣品內部及外部結構皆可實現最佳的可視化效果。通過對整個工件進行一次掃描,可精確快速獲取百分之一百的特征信息量,而更重要的是,這些信息可廣泛應用于:

◆ 樣件與CAD模型之間的數模比對。
◆ 缺陷分析:孔隙率及定性定量分析。
◆ 裝配檢測:內部裝配狀態分析。
◆ 逆向工程:生成STL以用于CAD數據的后續處理。
◆ 基于數模對比的快速修模。
◆ 高精度三維幾何量尺寸測量技術。

案例分析:

將樣品置于旋轉工作臺面,經過精確回轉運動后(30-60分鐘)即可生成完整的三維數據。CT三維體元數據與CAD模型最初具有不同的坐標原點并位于不同的空間位置。

與傳統工業CT系統所不同的是,該系統無傳統數據處理及縮放等誤差,無論如何 METROTOM系統均可提供9+L/50微米起的MPE-E(測量誤差),其優異的測量性能表現涵蓋了工件內外的特征元素。MPE-E是ISO國際標準對于幾何量測量中最大允許示值誤差的首字母縮寫,并用于描述可追溯的系統測量誤差(精度)。

Calypso測量軟件平臺使用專業的數學參考系(DRF)以快速找正CAD模型數據(圖2)。一旦找正完成即實現測量數據與CAD模型的完美重疊,CT三維體元數據集即成為CAD表面的邊界,其揭示了樣件的基本幾何形狀。此形象逼真的圖像效果可幫助工程師快速確定小塑料件的特征元素,通常此類塑料件由于其尺寸的原因,通??赡鼙缓鲆?。
Calypso軟件平臺的特點在于不基于STL數據文件進行測量  STL格式傳統上主要用于可視化方面的應用,但不可對部件的三維幾何量尺寸進行精確的定義。然而,Calypso軟件可基于原有的CT三維體元圖像進行直接高精度測量。

一旦數據集與CAD模型找正完成,數模分析即可開始進行,圖像化(通過顏色漸變)顯示所有的內部與外部表面相對于CAD模型的偏差狀態,甚至可觀察部件內部更為深入隱藏之位置,無損分析軟件工具可由任意方向對塑件進行剖面分析。該剖切工具亦可揭示材料內部的氣孔分布。

塑件的掃描及分析可于數小時內完成,通常偏差色譜分析圖有助于產品質量的快速分析,但您如真正需要的是一個完整的首件測量報告,即可借助于Calypso測量軟件平臺強大的功能,提供深入剖切可視化工具實現快速離線測量方案編制,舉例來說,諸如此類流體閥門塑料部件。通過強大的幾何量尺寸及形位公差(GD&T)數學運算引擎,Calypso測量軟件平臺可處理計算所有的尺寸特征并提供多樣化格式的檢測報告。圖3所示為Excel格式的測量報表,而圖4則為箭頭指向被測特征元素的測量值可視化形象報告,測量報告不僅可以顏色顯示測量值是合格亦或超差,同時可顯示此測量值占對應公差的百分比。

METROTOMOGRAPHY:須關注的幾點

精度:分辨率與測量精度并非同一概念  此尤為重要,例如高的分辨率從來不可補償機械系統的精度,關鍵在于此系統如用于測量之結果則必須符合對應的國際標準,可要求設備制造商向您說明他們的X線斷層掃描系統的測量精度如何。

重復再現性:如若您正評估METROTOM新測量系統,可考慮了解該測量系統所提供的測量結果是否具有重復再現性且不受操作者的影響,一個判斷測量系統綜合性能的定律為測量重復與再現性測試(GR&R)。

一種較好的經驗法則是您的測量結果必須重復到特征公差的3%并達到GR&R的10%。此類綜合性能測試無疑將花費較長時間  有時完成一個完整的GR&R需要3到4天。然而,卻是一種發現測量問題并最終避免關鍵性錯誤的絕佳法則。

速度:如若測量,則必須快速完成  需切記我們的目標是在一天完成新模具的試模檢定  而非一周或更長的時間。METROTOM系統可于一小時內完成對塑件(包括圖像重建)的掃描。

軟件:如若不能提供準確測量結果,即便快速、精確并具有可重復性的系統對于測量對象而言也無法實現最合理的系統方案。該測量軟件平臺必須支持各類CAD數據文件格式、具有極強的GD&T運算引擎、并提供快速編程及程序編輯,報告輸出等功能,最關鍵的是支持對CT體元數據集進行測量。

總結:當您看到斷層掃描所獲取的數字圖像時,切勿僅相信您的眼睛所見,需要用到其它的信息  特別是如果要用數據作重要決策時。通常圖像處理涉及復雜的處理運算法則,但往往僅需加載二維圖像到任何圖片編輯軟件中即可了解圖像運算處理數據之能力。通過改變對比度等參數,即可生成不同的圖片效果并由此得到截然不同的結果。軟件提供清晰圖像為一個不錯的出發點,但如若希望實現精確測量或者基于此數據實現反向工程,這卻僅僅是一個開始。
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