在線3D掃描測量及驗證夾治具

在快速原型開發和CAD軟體領域中有眾多領先的的企業,而Materialise的 Group就是其中之一。對於幾何全視野驗證加速製造部件以及安裝組件,Materialise NV已經習慣了使用ATOS光學表面測量系統來得到準確和可靠的結果。

由於新專利“RapidFit+流程”是為具有複雜幾何形狀和特殊接觸點產品設計的,Materialise NV在尋找一種簡單的方法來加快驗證其質量和校准定制夾具。有效和快速縮短交貨時間是將”RapidFit+”順利推廣為一項工程服務的關鍵。

GOM接觸式探針作為ATOS系統的一個附加部件,將挑戰光學自由曲面的三維測量和連網探針檢測的這一理想化的結合。這樣Materialise NV可以繼續用ATOS 3D掃描系統這個熟悉的軟體工作流程,同時也可以用GOM接觸式探針來完成新任務。

利用RapidFit+軟體進行虛擬夾具設計

通常我們都不能簡單的把夾具歸類為標準組件,因為越來越多的夾具是複雜的幾何形狀和有特殊的接觸點,這種情況就需要我們隨之修改。

組件定制接觸元件的必要接觸點調整的指示被設計成可以對零件表面和任何常見模具化系統的標準梁或板具有調配功能後,Materialises的RapidFit+工藝就可以設計和生產夾具,治具和儀表,通用附加的技術來測量、檢查、組裝、加工等。 (圖1,2)

Fig1: RapidFit+軟體:定制觸點元件Fig2: RapidFit+軟體:模塊化的組合樑架構

接觸原件的添加劑製造

定制的接觸元件是由多種添加劑製造技術完成的,例如SLS或FDM(圖3)。用於這些技術的材料主要是是尼龍或ABS。這兩種材料均具有耐磨損和非常小的膨脹係數。正在修建的接觸原件完成後,可以浸漬在任何一種顏色中(圖4)。

Fig3:添加劑製造接觸元件Fig4: 完成的接觸元件

由於添加劑生產,即使是極其複雜的輪廓部分,都可以在短時間內完成,而往往這些部件都不能通過傳統的機械製造工藝來完成。如果是部分發生變化,那隻需更更換重新設計的接觸元件,並非常迅速的提供並安裝。

尺寸和幾何元素控制接觸元件

Materialise NV製造的每個RapidFit +接觸元件都是被認證的,通過使用ATOS 3D掃描數位化系統得到接觸面的3D測量報告來實現(圖5)。

ATOS 3D掃描系統是一個白光光學掃描儀,可以完整的掃描實物的表面(圖6)。 1秒量測一筆實物的表面,在這短時間內可以從各種視圖捕獲高密度的點雲或多邊形網格。每一個獨立的測量都通過簡單適用的參考標記自動轉換到坐標系統。 ATOS 3D掃描系統可以簡單適用於不同大小的測量對象,從金銀絲細小的物件到一個完整的飛機組件。在整個測量的過程中,ATOS 3D掃描系統的立體相機被設置成不斷自我 監控,在掃描過程中檢測到運動或環境光的變化以及檢查每筆掃描數據是否準確的匹配到坐標系統來確保系統得到高質量的資料。可以使用轉盤和機器人來實現自動 化測量來節省人力(圖6)。

Fig5: ATOS檢測軟體:接觸元件的量測報告Fig6: 使用ATOS量測系統來檢測接觸元件

GOM是一個自主開發、獨立提供硬體、軟體、電腦、培訓和支持的供應商。因此ATOS 3D掃描系統有一個強大的軟件包,而可以不再使用第3方軟體。

ATOS 檢測軟體可以直接將測量數據與CAD數據作比較,CAD數據包括各種CAD-Import格式如CATIA,Pro/E ,UG,IGES等。整個組件表面的3D色彩圖可以簡單快速的檢測到任何的偏差。 (圖7)

Fig7: ATOS檢測軟體:色彩圖並標記偏差標註

標准定義的CMM點的位置也可以導入和評估。 ATOS 3D光學掃描設備的運用為Materialise NV提供了優勢,確保每一個接觸元件的完美品質。當我們檢測整個接觸面還不只是某些特定的接觸點時,3D色彩圖可以顯示整個接觸面的最小的偏差。

夾具結構組裝

每個單獨的接觸元件得到驗證後,RapidFit+部分和梁結構的組裝就可以完成了。接觸元件很容易安裝在基片或梁結構上面(圖8,9)。

添加劑製造的接觸元件自動標記了裝配位置和零件的名稱(圖10)。這不僅可以快速建立系統,也可以方便識別,儲存和必要的再利用。

Fig8: RapidFit+接觸元件安裝在樑架構Fig9: 接觸原件安裝在基板上Fig10:自動雕刻記號

使用ATOS和GOM接觸探針對夾具進行校準

將設計好的夾具的CAD數據導入到ATOS軟體後,使用GOM適配器,物理裝置的主體通過3-2-1的轉換模式換成CAD模型(圖11 – 13)。

Fig11:GOM適配器:
球體和對應的適配器
Fig12: ATOS檢測軟體:
導入對應的夾具3D
Fig13:ATOS檢測軟體:
量測適配器來進行定位

每個安裝RapidFit+部分都已得到認證後,就可以根據原始設計的CAD數據來精確的調整每個接觸面。

使用GOM接觸式探針及ATOS三維掃描儀將每個接觸面都進行校准後,用戶就可以輕鬆地將3D全方位測量和在線特定點的觸覺探測進行切換(圖14)。

GOM接觸式探針是光學點標記的校準裝置,這是由ATOS三維數字化系統(圖15)將檢測到的探頭的點,圖元及偏差在線換成CAD等。便攜式的接觸式探針 既可輕鬆測量週期比較長的項目,也可以是需要大量測量的項目。由於動態應用,部件或傳感器都可以自由移動找到合適的位置。機械的、無線的探針可以通過遠程 控制提供高穩定和無距離限制的操作(圖15)。

Fig14: 使用GOM探針對夾具進行校準Fig15: ATOS測量頭像光學傳感器
來捕捉探針上的參考點

一個音頻反饋的探測點和元件確保工作流程的順利。對於不小不一的物件有不同尺寸的測頭可供選擇(圖16)。 GOM接觸式探針的模塊化概念允許快速的調節, 通過探頭的快速交換和增加(圖17)。此外,用戶可以針對特定的任務使用自定義的接觸式探針。

Fig16:不同大小的GOM探針Fig17: 不同模塊的GOM探針

對於在線校準,操作員可以持續不斷的探測接觸面的位置。手動地用墊片或者螺釘來調節接觸原件的位置, 通過接觸式探針就可以直接從屏幕上得到相關的數據(圖18 – 20)。

這種動態應用使得GOM接觸式探針可以作為移動三坐標測量機設備來測量小型和大型的不同裝置。由於這種新工藝,Materialise NV可以根據所要求的規格來快速校準每個夾具。

Fig18:GOM適配器:
通過GOM探針在線調整接觸元件
Fig19: ATOS檢測軟體:
實時取景探測接觸元件時
Fig20:ATOS檢測軟體:
在線查看通過探針調整CAD

ATOS檢測軟體的量測報告及文檔

為了用CMM點生成標准或定制的三維量測報告,或者傳統的報表,ATOS測量軟體有加強的報告和文檔功能和(圖21 – 23)。結果和偏差都可以以不同的格式導出,如Excel,HTML,Word等。針對重複測量的項目,軟體評測可以使用功能強大的宏和腳本實現自動化語 言。 GOM還提供免費ATOS3D瀏覽器,以便可以與其他客戶或同事輕鬆共享測量結果。

Fig21:GOM適配器:夾具校準的結果Fig22: ATOS檢測軟體: 夾具校準的報告Fig23:ATOS檢測軟體:全域色彩比對報告

安裝部件的質量控制

正確的校准定位後就可以將夾具運往客戶(圖24)。任何不穩定的,柔​​性的完整表面,例如塑料或複合材料部件和鈑金零件可以由RapidFit+夾具感 測到並安裝在正確的位置(圖25,26)。該ATOS三維數字化系統還可以處理關鍵顏色的掃描面,也可以是閃亮的金屬板(圖26)。通過三維印刷尼龍裝置 的一個優勢是事實上尼龍不會損壞敏感的表面,例如塑料部件或金屬板材表面的塗層。同樣,3D列印技術同樣適用於復雜零件的任何自由曲面。

Fig24:GOM適配器:
校準好的夾具準備出貨
Fig25: ATOS測量儀量測複合元件Fig26:使用ATOS量測頭自動化
掃描組合的金屬亮面

結論

Materialises內部質量部門都適用ATOS 3D掃描系統,不僅僅為幾何的全面的核實添加劑製造部件。

GOM接觸式探針是光學自由曲面的三維測量和連網探針檢測理想化結合,在很大程度上幫助Materialise加快它獨特的大規模定制RapidFit+程序設計的夾具的校準。
“夾具送達我們客戶前,這完全自動化的驗證過程就已經保證了由添加劑技術製成的夾具的尺寸質量“Materialise NV RapidFit+服務部的主管Jo Massoels解釋說。
GOM設備確保了Materialise NV可以高效的測量,特別是在汽車測量方面,例如間隙與落差分析,採用RPS對齊及部件的完整三維彩色地圖得到的分析具有高度的準確性。
我們要感謝Materialise NV在測量技術領域的自信及未來長期良好的合作關係。

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