基于3D扫描技术的数字测量工作站在压铸工序的应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 23 日 作者简介:王志阳(1971),男,北京人,大学本科,高级工程师,SMC(北京)制造有限公司,研究方向为铝合金精密成型。-39-基于 3D 扫描技术的数字测量工作站在压铸工序的应用 王志阳 王 磊 勾洪学 SMC(北京)制造有限公司,北京 101312 摘要:摘要:在压铸工序中,对于复杂、异形以及大体积模具或铸件尺寸的测量,传统测量方法不足以保证高精度、高效率。通过实践对比,基于 3D 扫描技术的数字测量工作站在保证测量精度的前提下,还可将被测物的尺寸具象化,与原始数据源模型进行对比后,快速突显异常尺寸,实现高效、高精度测
2、量。根据异常反馈信息,有针对性的进行模具修理。此外还可以结合 CAE 模流分析软件进行铸造过程的仿真模拟,进而实现逆向设计改善,减少模具设计周期,提高模具制造的效率。关键词:关键词:3D 扫描;压铸;模具;测量 中图分类号:中图分类号:TP391 0 引言 随着工业技术的不断进步,传统压铸工序面临着巨大挑战。一方面是要在缩短交货期的同时保证铸件更精密的质量,另一方面是要与低成本、高效率、智能化的工业 4.0 对接。同时,越来越多的复杂、不规则的铸件被需求,这对压铸工序的模具精度和检测手法也是一种考验1。传统的测量手法存在一定的局限性,对于结构复杂的铸件和模具无法实现短时、精准测量,并且人员技能
3、要求高,存在误差因素影响,针对复杂形状,往往需要反复核实后才可判断被测物是否真值2。同时,模具尺寸往往通过检测铸件尺寸来间接反馈,这种测量方式不直接,并存在极高的滞后性,无法满足高效生产时代。本文提出建立 3D 扫描技术的数字测量工作站,一站多用,运用 3D 扫描技术对模具和铸件全方面精确测量,解决了测量时效性差和对技能经验依赖性的问题,还实现了可视化测量,将模具和铸件的测量结果直接与模型比对,异常尺寸可直接体现在相对应部位,减少了经验式判断,提升了检验的精确度和质量。1 压铸工序常规检测现状简述 1.1 传统压铸工序测量现状 传统压铸工序通常采用手工测量工具测量,借助卡尺、高度尺、销规等进行
4、测量,这些方法存在繁琐、耗时、不准确等问题。同时,生产中模具不方便采用直接测量,往往是以铸件的测量值来间接判断模具状况是否正常,再一步根据经验推断模具异常位置,进行修理,反复实践验证,直至铸件达到尺寸要求。随着市场需求的不断扩大,压铸模具也愈加多样化,模具复杂形位的测量给作业担当带来了更大的挑战。不仅对作业担当的技能水平要求高,还给测量技能、经验的传承带来了一定难度3。传统压铸工序测量工具种类多,存在测量功能重复性,方便进行测量结果的确认,但这也的确存在了一定的功能浪费。表 1 传统测量工具 测量工具 用途 卡尺 测量长度尺寸数值:宽度、外径、内径、深度等 高度尺 测量高度尺寸数值:台阶高度、
5、孔深等 塞规 测量孔径尺寸是否满足公差要求,种类:限界塞规、销规、锥形光规、R 规、螺纹光规、卡规等 显微镜 测量精密尺寸数值:圆弧、点间距、面间距等 形状仪 测量素线形状和截面形状的尺寸数值:R角、点间距、拔模角度等 投影仪 有效检测各种复杂工件的轮廓和外观:孔径、孔形位等 三坐标 主要用于测量高精密零件尺寸、形位公差:平面度、同心度等 1.2 传统压铸工序测量方式的局限性 内部尺寸一般采用剖切式测量,无法保留被测物完整性;中国科技期刊数据库 工业 A-40-外形尺寸测量的局限性,不能测量过大或无法固定的物体;复杂形位测量的时效性差,测量时间交长;对测量担当技能要求高,存在人为因素影响的误差
6、;场所占用面积大,需多种测量仪器。2 3D 扫描技术的数字测量工作站的介绍 3D 扫描仪:采用智能激光 3D 扫描仪,测量精度可达0.02mm。机械臂:可实现自动化全方面扫描,为全自动测量做铺垫 装卡治具:根据测量的需要,更换装卡固定被测物。电脑显示器:展现三维表面模型,将问题具象化。工作台:多功能测量平台规格:1.5m*2m*2.3m,还可用方箱进行传统测量,进行测量数据验证。2.1 数字化测量工作站的工作原理 利用激光三角测量原理,发射激光通过扫描镜头将激光投影在被测物表面上,测量激光点到相机的距离和角度,利用三角函数计算出点在三维空间中的坐标。获取坐标数据后,利用计算机内置的专用软件对采
7、集到的数据进行预处理,包括数据校准、去噪、滤波、配准等,得到高精度的三维数据,再利用分析软件对测量数据进行分析、对比、拟合和统计等多种分析处理,得到测量数据的精度、误差、变形等重要信息4。还原真实尺寸数据,导出模型用三维软件与数据源图纸进行比对,快速准确的判断被测物尺寸有无问题,将测量尺寸问题具象化,精准定位问题。3 数字化测量工作站的实际应用 3.1 基于压铸工序的应用优势 可视化测量:减少修理经验依赖性,精准定位模具尺寸异常位置,降低人为的失误率。缩短修理周期:扫描各个部分,利用自动装配功能,将模具组装,无需进行着色检验面间配合;测量的便捷性:可取下 3D 扫描仪利用 Wifi 5G技术实
8、现无线远距离测量,摆脱测量环境要求的束缚;模具的逆向设计改善:利用 3D 扫描技术复制原有模型,加以改善后用 CAE 软件进行仿真模拟,缩短模具改善周期。直接测量:无需通过铸件间接测量模具,可定期监测模具尺寸。3.2 模具方面的实际应用 3.2.1 模具主型平面度排查 压铸模具在长时间生产过程中,受到到铝液冲击与合模挤压,会导致分型面局部热变形或挤压变形,因此需要进行定时排查和修理分型面平面度,避免生产过程中模具打喷、飞边、尺寸超差等问题5。云点数据获取 将清洗干净的模具平放在测量平台上,选择好合适的扫描模式和参数后,机械臂将自动匀速全方面扫描模具,进行云点数据采样。(2)平面度测量与分析 在
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