電腦輔助檢測CAV應用-以手機為例

電腦輔助檢測前言

現在的產品越來越講究造型化與多樣化,更以個性化來博取消費者歡心,這對於檢測工程是極大的挑戰與負擔,對於著重於造型炫麗產品精度的掌握更是困難 重重, 因為目前市面上主要的檢測工作大多以接觸式的量測方式進行檢測,有的需製作精密的檢具,有些則需設計治具來定位,再以CMM三座標進行量測,執行都相當的繁瑣,得準備相當複雜的前置工作。

以治具製作為例,從治具結構設計、產品的夾持固定方式、材質的選用、加工方法、定位校準,然後讓量測物的位置與CAD Model能夠一致,再以探針一一點取各個尺寸,將其填入品檢表中,執行起來相當的耗時,而未來追溯檢討品質時,從報表的資料上又難以辨認問題。在情急之 下,很多企業更省去了檢測的步驟或降低量測次數,來爭取出貨的時間,更有人擺著昂貴的三座標量床只為提供ISO稽核用,實在是企業主們心中的痛。

有鑑於此,以色彩呈現全尺寸精度的CAV電腦輔助檢測規範於是誕生,且被快速廣泛應用於全球3C、汽車大廠等企業,這幾年中飛快的向供應鏈上下游 推展開 來,它改變了過去品質檢驗的方法,以快速掃瞄的技術將量測物件逆向掃瞄成密集的點雲資料,再以操作便捷的比對軟體進行自動分析,然後以不同的顏色顯示整個 工件的誤差值,讓人一目瞭然及時掌握品質狀態,並自動產生報表,達到完全產品檢測的效果。

何為CAV電腦輔助檢測?

檢測(Verification)

CAV原義是Computer Aided Verification ,即電腦輔助檢測,主要是將實體成品以逆向掃描的方式,將其做成電腦可以讀取的資料格式(Scan Data),再將Scan Data與原始3D設計圖(CAD Data)依檢驗需求做精確的重疊與對位,進而查看其各部分的尺寸誤差,是一種全尺寸比對的方式,一般稱之為全域檢驗(全尺寸檢測)

電腦輔助檢測應用領域

汽車、航空行業:世界上絕大多數汽車製造商都很注意在其產品的後期檢測上運用優良的CAV電腦輔助檢測系統。因為一套良好的CAV系統能夠在短時間內,準確的完成對其產品的檢測。

不光是在產品的後期檢測上,在產品設計過程中也可以將設計樣品的Scan Data和CAD Date進行對比,這樣可以很快的檢測到產品設計過程中的偏差,這樣可以及時的改進產品。

由此可見,一套優良的CAV系統的確可以為設計部門以及製造商節約大量的時間、人力和財力,從而使得自己的產品在市場更有競爭力。

正如前面所提到的,CAV一般是有軟硬體共同構成的,Polyworks就是CAV系統中軟體部分的佼佼者。Polyworks以其快速和準確的檢 驗品質 不斷的佔領越來越大的市場,當前主要的汽車企業Porsche、BMW、Audi、Mercedes-Benz、Volkswagen、Ford、GM、 Rolls-Royce、HONDA、RENAULT、HYUNDAI、SUBARU、NISSAN、OPEL等等所使用CAV系統的中所用的軟體部分都 是以Polyworks作為核心。

而且在其他一些比如摩托車,電器甚至是飛行器等的製造行業中一樣有很多頂尖企業使用Polyworks作為其快速檢測系統的核心,比如GE、 HARLEY-DAVISON、YAMAHA、Hitachi等等。值得一提的是對於精度要求特別高的航太國防事業,如:NASA , Lockheed Martin(著名戰鬥機生產商洛克希德.馬丁,主要產品包括F-22,長弓阿帕契武裝直升機以及第四代戰鬥機LIGHTING2),以及兩大客機巨頭 BOEING(波音)、AIRBUS(空中巴士),都已經建立了以Polyworks為中心的快速檢測系統。

手機與3C產品

與汽車行業一樣,手機及其他3C產品的生產以及設計過程中都有很多地方可以用到CAV系統,尤其是在手機外殼的部分,手機外殼內表面上的一些小的細 節特徵 與CAD Data的偏差用肉眼或者其他檢測手段是很難被發現的,而引入Polyworks為核心的CAV系統以後就很容易檢測出來,Polyworks的檢測精度 及檢測速度在此過程中得到了很好的體現,正如我們所知道的一樣,Polyworks在各個手機生產商中的使用率是很高的,MISUBISHI、 SIEMENS、ASUS等3C大廠都已經使用Polyworks來檢測自己的產品。

非接觸式光學3D量測系統

世界上有很多種非接觸式量測設備,如光學式3D掃描儀、雷射、超音波等等…….ATOS非接觸式光學量測系統是由德國的Gom ( Gesellschaft für Optische Messtechnik mbH )所設計及生產。而ATOS 3D掃描儀主要是由:測頭、控制器、PC及腳架,所構成。 Gom在1990成立,迄今已有17年的時間,在歐洲地區已有6個分公司,全球超過30個經銷據點。目前已安裝超過1500套,廣泛的被應用在各不同領 域,例如:航太、汽車,3C產業…等。

ATOS 3D掃描測頭主要是由光柵投影設備及兩個工業級的CCD Camera所構成,其原理就如同人類的眼睛,藉由光柵投影在待測物面上,並加以粗細變化及位移,配合CCD Camera將所擷取的數位影像透過電腦運算處理,即可得知待測物的3D外型。而依照不同型號的測頭,單一比量測資料最多可從影像當中擷取出80萬、 140萬及400萬點。而單一筆的量測資料計算出來之後,藉由標籤點來定位,經電腦運算後會自動定位回去,簡單說就像3D的拼圖一般,把一個物件完整的拼湊出來,當整個物件量測完成之後,所有的點群加總後便是真實物體的外形,再藉由運算產生出STL格式的資料。

在電腦輔助檢測上有哪些應用?

點資料前處理:有些雷射量測系統是沒有點資料運算網格化(Polygon)的功能,Polyworks能夠運算並且將點資料優化。
定位:因為非接觸式量測系統是不需要置具,所以我們要在軟體這端做對位的定義,讓CAD與Scan Data作疊合的動作。提供三種疊合的方式。

尚未定位的圖檔與點資料

 

<Best-Fit>軟體可以依照產品形狀,

自動運算曲面與點資料對位,

讓兩者誤差值在最平均的位置。

利用圓心或者某參考點,來達成鎖定物品的六個自由度。

 

<點線面>利用CAD檔上的點線面,做為定位的基準。

全域比對:利用顏色來顯示誤差量,讓檢測結果更容易判別。

剖面分析全域彩圖

幾何尺寸與產品分析:可以做GD&T(幾何尺寸與公差)的運算、基本尺寸的量測、CPK分析、間隙與平滑度分析。

組裝件間隙與平滑度分析

製作報告:Polyworks不僅可以做PDF之類的2D報告,也提供IMView這個 免費的檢視軟體來做3D報告的瀏覽,可以做360度的翻轉與放大縮小。彌補2D報告不清楚的地方,也可以在彩圖上即時打點顯示該處的誤差為多少和基本尺寸 的量測,方便同事間或者合作廠商的溝通。

與傳統量測系統比較

在產品開發時,我們都會做產品的全尺寸檢測,來確保產品是不是跟原始設計有所出入,來確保在量產之前把問題點找出來。傳統的量測設備主要是使用三次元量測系統、投影式量測系統….等等,我們來做一個比較有何不同。

時間上:

以手機前蓋為例,使用非接觸量測系統只需要一天就可以完成一件的檢測,而傳統量測系統要做全尺寸檢測需要2~3天的時間,相較之下時間就減省了很多,

絕大部分的公司都希望能在這裡縮短時間,讓產品能更快量產。

定位:

ATOS 3D掃描儀量測時,產品是不需要特別做置具的,它可以做任意360度的翻轉,而且可以量測臨時中斷換另外一件產品量測。定位的動作是在後續的軟體做定位即可。

傳統量測系統一定要另外訂做產品的置具,而且要確定尺寸都量完才可以拿下置具,否則必須重新做定位的動作,在配置上較缺乏彈性。

檢測報告的閱讀:

非接觸式量測報告的呈現會是一個全域性的彩圖,可以很快的從顏色來判斷產品的誤差會是在哪,進而發現問題點。就算是非尺寸圖上面的尺寸也可以看到誤差量,不瞭解量測過程的人也可以很輕易的閱讀。

傳統量測系統的報告會是一堆攏長的數據,通常只有對檢測細節很瞭解的人才能看懂報告,這樣對溝通上會造成很多的不便。而且沒有點測到的尺寸如果有問題也不容易發現。

克服傳統量測的問題

1.  自由曲面檢測:傳統量測系統可以做自由曲面量測,但是得花很多時間,而且得到的點數相對比ATOS 3D掃描儀少很多,而且不是網格化的資料,ATOS 3D掃描只要短短幾秒鐘時間就可以得到一個密集點資料的曲面。

2. 斷面圖分析:不需要將產品切割就可以得到斷面圖的分析,並且可以避免切割時發生的變形量。

3. 尺寸的基準點:傳統量測系統在量測必須放在檢治具上面,導致有時候無法找到另一面的尺寸基準點,在量測出來的尺寸出現一個盲點。比如說手機外殼通常會以內側的BOSS孔為基準點,在量測外觀面時,內側的基準點是沒辦法看到的。

4. 組裝件分析:非接觸式量測可以將量測完的SCAN DATA擺放至組裝位置,跟圖檔或者是另一件量測的SCAN DATA做組裝檢驗,如組裝件之間的間隙、平滑度、美工溝寬度….等等。

5. 肉厚分析:非接觸式量測只要做完量測,做一個運算的指令,就可以知道整體的肉厚變化,一樣用彩圖的方式來做顯示。

6. 在量測時,樣品必須擺放在置具上,導致原有變形量已經被壓平,所以無法看到原本自由狀態時的變形。

探針的缺點

1. 探針在點測時必須對檢測物施加約80g的力量,這樣會導致檢測物有變形的疑慮,非接觸式就不會有需要加壓的需求。

2. 探針在點測平滑面時會有滑動的問題

3. 在量測細縫時,探針必須要保留回彈距離,所以探針再細小,還是需要0.2~0.3mm的回彈安全距離。

結語

非接觸式的檢測逐漸成為現在CAV檢測的趨勢,不僅在效率上與溝通上提供了一個更方便的工具,世界上的各大廠商都已經將這樣的檢測系統導入這樣的檢測系統,如果您現在就有無法解答的檢測問題,或許非接觸式量測能幫您找出答案。


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