三坐标测量机在模具数字化制造中的作用

大老虎

三坐标测量机在模具数字化制造中的作用
; J+ ]8 E* c  ?3 Z8 I数字化生产技术普及应用于20世纪70-80年代。目前，模具数字化生产技术（即CAD/CAM/CAE、FMS）在我国开始逐渐普及。
7 H% d  g. M; h% [- z! n
模具数字化设计、制造，是建立在模具标准化、零部件参数化和采用CNC、NC机床及制造工艺条件定量、规范化基础上的现代化模具生产的主要特征。

一般来说，目前模具制造的操作流程应当包括以下内容。
' g! `+ A- }/ F
1 设计和物理模型的制造
* q, ^" Q$ X- N; Q4 m& T
在这个阶段，往往是设计人员根据个人的想象和构思进行原型的设计，并一般采用油泥塑造出满意的形状，在这种情况下，由于缺乏原始的设计图样或CAD模型，加之其形状往往是非规则的，很难进行下一步的加工和制造。见图1。
9 R6 j3 B2 z8 {  u7 s
2 物理模型重构
5 h; T' b6 q" c$ q% {! o
在缺乏设计数据的情况下，一个比较有效的方法就是利用逆向工程技术实现物理模型的重构。主要是通过测量机对第一阶段设计出来的实体模型进行表面点云数据的采集，并传送到CAD系统中造型，经过反复的验证和修复确认后，由CAM系统产生加工的路径。见图2。

3 模具的制造

在产生加工路径的基础上，加工中心完成模具的制造，见图3。

0 Y+ S0 A# I6 l% V4 模具的尺寸验证

5 s2 l7 D2 z5 L# w$ w; ?在模具制造完成后，需要利用三坐标测量机进行尺寸的验证，以保证能够同原始设计尺寸相吻合。

" P3 T1 B3 N3 L! b4 v/ M6 M5 零件冲压实现设计的批量生产。

6 最终检验
2 Y  T  B* U7 }0 r
; ~& [5 W. D' x1 n  g" f利用坐标测量机完成制造工件柔性测量，为过程控制提供帮助，并产生测量数据和设计尺寸的比对。
# H6 O& D2 D8 U: Q8 n1 G
通过以上六个步骤，完成了模具制造的一个整个过程。见图5。
, {6 o+ N5 F2 ^: u) {) ]
在这个过程中，三坐标测量机在点云数据采集、尺寸验证和过程质量控制方面发挥着重要作用，与之相关联，有一系列核心技术的发展支持着模具制造过程中测量技术的发展。主要体现在：

7 L  \/ N, o) L1 _! v4 B（1）连续扫描和光学测量技术的应用。
（2）逆向工程技术。
# v( z3 K, s+ l( T7 g! h（3）CAD模型与物理模型的验证技术。
' g  R7 p2 f, i" y8 V. H（4）柔性夹具系统的应用。
（5）轻度铣削技术。
3 L+ ^! Y$ x  ?1 k0 o2 F/ ^! J（6）测量划线。
（7）统计过程控制技术。

  R6 ~9 w$ ?5 e3 Y" A+ d  x目前，为适应模具行业的发展，海克斯康测量技术（青岛）有限公司不断从主机、配套件以及软件开发等方面，推出适应模具技术发展的产品和技术，使得模具的开发效率更高、功能更完善。根据工件的大小，我们具备全系列测量机产品满足模具制造行业的要求，这体现在不同的测量尺寸和不同的精度需要。对于中小型尺寸，我们有GLOBAL系列满足用户的要求，对于大型工件，我们的水平臂和龙门系列测量机产品，能够完成大型模具的高精度测量。见图6。
. i- r5 P8 l) t) w
有一点是相通的，这些测量机都能够配备适合模具检测和模具制造的测头和软件技术，以完成模具制造业的测量和数据采集需要。如非接触测头的应用领域的开拓仍然是今后发展的热点，例如，如何将激光扫描测头从单一的取点功能发展到几何特征测量上；如何将视频测头从二维图形测量提升到三维零件测量上；如何用触发扫描测头实现高效、高精度的反求采点。在这方面，意大利DEA公司走在前面，已经有了新的产品。

DEA公司的NC100是一款具有独特技术的光学视频测头，采用红外线波段工作，不受环境光源影响。使用独有的图像处理技术，快速捕捉工件表面特征，例如，孔、槽、缝、销、螺柱、边缘、台阶等。其接口设计也完全与RENISHAW的PH1OM测座兼容，实现了真正的三维测量。NC100视频测头可以对三维的物体，特别是钣金件上的几何特征进行测量，在汽车工业中得到了成功的应用。这种测头成功地集成在在线测量机上，对一个典型的白车身整车的测量时间仅为90s左右。
3 C: X  z; g) o, y# ?
  G! C& [7 c( a, ~9 Y. K7 d激光扫描测头大多只能反求扫描采点，测量功能仅限于轮廓度分析。METRIS公司的LC50/LC100是一款典型的线扫描激光测头，扫描带宽50mm。目前海克斯康和DEA的测量机已成功地将该测头集成到系统中，和触发测头一样使用标准的控制系统和软件包，既可以作反求采点也可以作特征测量。在PC-DMIS软件包的支持下，METRIS激光扫描测头具有高速扫描采点和几何特征测量两种功能。它对PC10M完全兼容，可以自由旋转，也将大大扩展了激光扫描测头的应用领域。见图7。
' N7 z7 h; O4 E1 A
在反求采点测量方面，激光测头虽然有效率高的优势，但精度偏低使其主要限制在精度要求不高或需要二次造型修饰的工件上。对于希望作高精度拷贝的应用来说，使用接触式扫描测头仍然有不可取代的优势，关键是要有高性能的扫描控制系统。DEA公司利用SP500开发的Digiscan系统，使用专门设计的扫描控制硬件，是一套非常强大的精密反求拷贝工具。作为一个附加选项，在三坐标测量机上实现对任意未知曲面的自动扫描，并生成加工指令程序。如具有强大CAD功能的通用测量软件PC-DMIS，使该测量机具有极为强大的测量功能：从简单的箱体类工件测量一直到复杂的轮廓和曲面的评定和扫描，尤其是其本身所具备的强大的CAD功能以及针对钣金件的工业级解决方案，为汽车模具的长度尺寸检测和形位公差的评定提供了先进的手段；QUINDOS软件选项包除具有基本检测功能外，还包括如：齿轮（标准和未知齿轮等）、齿轮刀具（如滚刀、拉刀、剃齿刀等）、蜗杆蜗轮、凸轮和轴、螺纹、活塞等常见的特殊零件的检测和评定，这对于特殊模具零部件检测具有很强的针对性。见图8。

0 T  F% f' g7 j7 s5 u6 Z, V具有强大CAD功能的PC-DMIS软件，专为模具设计制造开发了丰富的测量功能。PC-DMIS CAD++软件允许用户采用三维CAD数据，脱机或者联机生成工件检测程序，同时完成图形化工件模型和探测路径的模拟。利用功能强大的PC-DMIS CAD图形功能，能够模拟测量运行，从而在该测量程序下载到车间现场实测之前，找到并纠正测量程序错误。
. I, }: R% V  y6 t8 A3 }
# p6 h% Z# A+ ^8 [完全的三维仿真功能，可以使操作者能够在实际进行各种元素测量前，图形化检验初始化设定和零件检测程序。同时，通过插入图形帮助，使用者能够更好地理解复杂的测量任务。还能够实现对未知数据工件的检测，生成数模，以完成逆向工程应用。见图9。
6 o* w" w( u/ ^" l/ p
PC-DMIS CAD++强化了软件的扫描和钣金件测量功能，从而在进行工件建模，模具制造调整，生产过程中故障诊断和处理以及事故分析过程中是您理想的选择工具。PC-DMIS CAD++ 软件所具备的扫描性能，使得操作者能够快速、高效、准确地测量复杂几何形状，例如蜗轮叶片、模具、模型、钣金工件组件和其他曲线、曲面形状。各种类型的扫描特性能够生成工件表面的不同扫描模式，该特征也是检测工件配合表面尺寸的重要工具，同时该软件还提供了快速、简捷测量薄壁工件（包括钣金件、塑料件、玻璃件和管件）的全套测量程序。

以下为PC-DMIS利用CAD模型进行检测程序编制的过程，只需点击CAD模型，就可脱机完成零件检测程序的编制，见图10。

. w9 V" N* o" C总之，三坐标测量机在模具行业的应用已由简单的质量控制扩展为参与到从设计、生产、制造的全过程当中，发挥着重要作用。