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Geomagic 逆向工程技术——保持Mustang装配线不停运转
Jill R. Aitoro
2005-11-23
本文是福特汽车使用Geomagic逆向工程软件重建模具的案例。这一决定为福特汽车带来了实际的经济效益。希望对我国的各厂商也有一定的启示。
当冲压模具报废的时候，生产制造会被迫停滞。汽车制造商大多无法承受发生这样的停滞发生。正是这个原因，促使福特(Ford)公司求助Detail Technologies公司对两个要达到使用寿命的野马汽车(Mustang)冲压模具实施逆向工程。
Detail Technologies能生产新模具并且可以复制注塑模、冲压模、压铸模及其各个部件。公司利用Geomagic Studio逆向工程软件，Geomagic能够将实物零件三维扫描得到的点云, 自动地转换成精确的数字模型，以用于下游CAD/CAM/CAE系统和机械加工及分析。
通常，送到Detail Technologies公司的模具钢已经是先按CAD数据被切削加工过，然后再通过手工精度调整精确地制成零件。这道微调工序是模具复制过程中最难、最具挑战性的技术。
“冲压钢不是一门精密科学，这些钢通常与设计意图有所不同。”Detail Technologies公司的逆向工程专家John Amos说到。“最终这些钢会被修复，替换或复制。”
“除非是那些极具远见的客户有未来能够参考标准的数据，”Amos说，“否则，为了复制这些冲压钢，必须经历上述各种单调的工作程序。”
当用于冲压和二次精加工野马汽车(Mustang)横梁（梁机构的一部分）的钢模具达到使用寿命时，福特公司才发现自己所面临的情况危急。与其投资4亿美元来重新制作一套模具来生产仍在市场上的这款野马汽车，福特公司选择用逆向工程重建已老化的模具， 这样可以在近继续生产仍在市场上的车型，又不至于在这个款型退出市场后，花巨资制作的新模具被白白浪费掉。
重建模具避免重整汽车型号
“冲模”是用来生产造冲压件的模具。一套模具组由两个相对着的部件组成，它对钢先成形，再冲压和打孔。模具组的上半部分被安装在一个冲压杆上，用来传递冲压动作；下半部分被安装在中间的支承板上，用来依次固定在到冲压机座上。定位销用来确保模具组上下部分的对齐。
通常情况下，模具设备有一个8到12年的设计使用寿命。
“模具损耗了，”Amos说，“任何懂冲压工序的人都知道这个工序对模具损耗很大。”
模具的期望寿命依赖于工作周期长短。例如，福特野马汽车不是销量很大的车型，因此它的模具将比F系列卡车或Escape SUV运动型多功能车具有更长的期望寿命。
只要对这款车型的需求依旧存在，对各结构件的生产就要长期地进行。伴随每一次生产的延续，模具完全失效的风险都在增加。
“工程师有责任说 ‘我们在模具彻底失效前，投入资金来重建保证模具的可靠性’，”Amos说，“野马汽车模具没有失效过，它们可能再运转一两年。但是失效的可能性和代价要远高于重建开几个模具的成本。”
用老模具创建新模具
福特公司决定重建两个野马汽车模具.用来冲压大约长6英尺、宽8英寸的横梁构件。钢制钣金放置在第一个模具上，冲压，再用第二个模具再次冲压折弯角。在模具被卸下分离、扫描和重建时，先生产一定库存的零件来满足需求。
42个独立的模块，每组模具21个，每个模块大约面包盒大小。用LDI RPS450扫描仪采集点云，这种扫描仪数据采集率可以达到每秒14,400个点。两个数据采集传感器独立工作，以保证零件上一些几何背影特征的数据能够被采集。
Amos用两个独立的传感器。在第一个坐标位置扫描了钢模具，然后移动钢模具或者扫描仪到另一个位置以采集错过的部分。不断重复这个过程直到点云数据被完全采集到。
Amos在它最终的扫描文件坐标值列表中记录下至少三个坐标球的坐标位置，并在CMM三坐标测量机上重新安装PH10测头来测量2D数据（线、销位、螺位）及坐标球本身。这样可以创建一个旋转矩阵来合并所有数据文件。
扫描结束后，老的模具被重新装配起来，继续投入生产。用老模具再生产一定库存的零件以备将来拆卸和装配新的模具。
零件的整体点云数据（每个零件包含3到4百万个点）被导入Geomagic Studio软件，这里Amos设置采样距离为0.005英寸，曲率采样为大约70％。他对点云数据进行着色，分离出看上去有问题的区域。根据工程需要减少点云数据并保持一定量的扫描点以保证精度。
“模具表面焊缝会引起凹陷，这些凹陷会导致很难看的多边形，”Amos说，“曲面需要平滑，否则模具可能再次现露出焊缝。”
Geomagic 软件里有精确的算法，用于修复粗糙的区域。Amos继续进行曲面设计，他用Geomagic Studio补曲面凹陷和消除钉状数据。他将孔分离出来（数据空缺的地方)，并用软件里精确的算法控制来填充。
曲面的边界也需要处理、增加约束或去掉约束、移动，直到Amos完成一个精确可用的曲面。然后通过比较点云数据和创建的曲面得到一个误差色谱图，这样对曲面的精度才有把握。
两个数据集(点云和曲面)被保存为IGES文件，然后连同一个包含定位球信息的CMM文件一起导入MasterCam CAD系统中。Amos使用球位置信息来对齐两个数据集到相同的坐标位置，并延伸在逆向工程过程中被剪切掉的边界曲面。最终完成的CAD文件被保存给CAM部门。
失效发生前存档数据
CAM部门利用两个模具创建的CAD文件制造出模具块，这些模具块被处理(粗加工、半成品制造、热处理、硬铣削)成相同的模具替代品。制好的模具被运送到福特公司用于生产，整个过程共5个星期，其中用来扫描和建模只有四天，其它的时间用来拆卸模具和生产。模具离开生产线只有10天时间。
Amos说，时间总量还可以再减少，如果制造商把逆向工程列入标准程序：一旦零件经核准马上就对其模具实行逆向工程，这样可以确保数字化存档数据任何时候都可以拿到。当一个模具接近它的失效点时，存档数据被取出，重建模具，老的模具立刻被新的替换。
“我们有一个庞大的文件服务器系统，能够非常专业化地保存存档数据，这使我们很自豪。”Amos说，“但是我做的逆向工程工作常常是围绕着客户找不到的数据。通常在模具运转的生产过程中根本不允许有停机时间，因此当他们需要模具时就是马上需要。如果商业界愿意投资，模具核准之后就扫描，预先得到一个可重复制造的产品，那就太好了。这个工作流程将更加高效。” |
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发表于 2010-12-30 22:08:45
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发表于 2011-8-12 12:05:51
