利用激光扫描快速修正模具

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利用激光扫描快速修正模具
Hy-Ten Plastics公司是美国新罕布什尔州Milford市一家年利润500万美元的注塑商。该公司在模制狗颈圈信号传感系统——DogWatch System 3000的外壳的过程中遇到了难题。狗颈圈传感器和信号接收器的外壳由两部分组成，Hy-Ten Plastics公司使用高流动性的PC（聚碳酸酯）注塑这种外壳。在注塑过程中，最大的挑战就在于需要用2×2组合模具一次成型4种塑料件，因此，要求两对半壳体的配合非常精确，并通过超声波焊接为电子元件提供防水密封。

据Hy-Ten Plastics公司的质检经理Craig Heinselman先生介绍，因为制品的几何结构非常复杂，从而使模塑后制品的收缩极不均匀，而且难以预测。如此不规则的收缩常常导致两个半壳体无法紧密配合。因此，解决这一问题的唯一方法就是在设计模具的时候，事先对制品可能发生的收缩量进行充分预测，然后通过对模具的修正，以获得尺寸精确的制件。
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通过早期的试验，Hy-Ten Plastics公司排除了原材料、模具冷却、充模时间和速度以及填充压力等工艺参数对收缩的影响，从而将研究重点集中到模具的型芯或型腔的设计上。
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由于使用CAD/CAM软件所进行的流动模拟操作只能预测收缩对制品尺寸的影响，而不能确定制品实际变形的程度。因此，为了测定制品的实际形状，Hy-Ten Plastics公司使用了坐标测量机（CMM），通过一点一点地测量制品表面的位置来绘制制品的形状图，然后与用CAD模型做出的理想制品进行对照。通过对比二者之间的差异，设计人员能够准确地确定型芯或型腔尺寸的修正位置和修正量。

& h, K# r( h1 _尽管如此，当处理一个复杂的三维轮廓时，往往需要几百万甚至几千万个点才能得到准确的几何形状，而在制品上产生这些点要花费数周的时间。即便如此，仍然无法确定是否漏掉了产生精确表面模型所需要的一些点。
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# c0 t& L- R* e& L7 o) l8 A/ u$ p为此，Hy-Ten Plastics公司求助于Laser Design公司。Laser Design公司使用了激光扫描技术来绘制制品的几何结构，仅仅5天时间，该公司就为各个样品建立了表面模型，且准确率达到0.001in(1in=25.4mm)。
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Laser Design公司的设计服务部经理Larry Carlberg先生说，他们使用非接触性的、低能量的二极管激光系统来测量制件。当系统发射出的激光束扫描到制品表面时，每秒钟可定义15000～50000个点。通常，激光可以标绘1000～2000万个点，但是准确的分析只需要100～500万个点即可。例如，可以在15~20min内，对一个表面积为6平方英寸的制品完成双侧扫描，准确率达±20mm。
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5 p, {$ e2 D. t) k当标绘出的点被传送到Raindrop Geomagic公司提供的Geomagic Qualify软件包中以后，该软件即生成制品的详细尺寸数据。将这一尺寸数据与原始CAD设计图相比较，并利用这两个数据源，可以绘制出产品表面形状的彩色差异图，此彩色差异图为模具的修正提供了便利。

根据这个彩色差异图，模具制造商花费了9天的时间调整模具，最终，Hy-Ten Plastics公司用6天时间就制造出了新的样品。采用传统方法时，通常要经过数月的时间并反复进行昂贵的试验，而使用这种方法后，仅用了20天就完成了所有的工作， 对此，Carlberg说，采用激光扫描，只需要很少的时间就可以得到高质量的制品结构图，以帮助注塑商们准确了解样品与设计意图的差异。虽然这样的激光扫描系统及其软件的费用较高，但是，快速准确地完成对模具的修改工作，这对于模塑商们来说还是很划算的。