Pratt & Whitney

基于CMM三坐标复制的检测流程

InnovMetric软件使用3D扫描仪和PolyWorks软件复制基于CMM三坐标的检测流程.

当今,汽车和航空领域的制造商使用接触式的探测三坐标技术来检测零件,铸件,模具等等。随着时间的推移,这项检测技术被证明可以大大提高了精准度和可靠性。它同时也被证明是耗时并且成本上相对昂贵。

最近,3D数码技术的出现和迅猛发展,已经为其在汽车和航空领域等许多应用领域开启了大门。在检测和质量控制行业中,最新突破性革新就是使用3D扫描仪和高密度点云检测软件完成一系列测量的复制,这些测量都是使用各种传统的测量工具,比如物理卡规,三坐标测量仪等获得的。

自2000年来,InnovMetric软件提供了一款强大的软件解决方案PolyWorks|Inspector™,使用高密度点云来对铸件/冲模/模具等零件进行质量控制,通过对原型,第一件成品,制成品,和组装件的检测来对制造流程进行评价审批。PolyWorks/Inspector提供一个完整的工具库,可以完成表格比较和轮廓比对(从工件到工件和从工件到CAD的比对),并且还包括完整的GD&T形位公差分析功能,以及大量的卡规工具(线,半径,冲洗和差值,厚度等卡规)。

挑战

InnovMetric软件公司应世界领先的加拿大航空引擎制造商Pratt & Whitney的要求,使用PolyWorks和3D扫描仪(替代传统上的三坐标CMM)来实现传统零件检测的复制。InnovMetric的应用工程师协同加拿大的Pratt & Whitney公司的开发组一起,通过进行一个典型的扩散器管的检测,来评估使用PolyWorks获得的与那些利用CMM三坐标获取的结果的对比。在这项比较试验中显示, PolyWorks在很短的常规探测流程中,可以提供非常精准的结果。 

解决方案

 

对于这个特定的测试,使用PolyWorksInspector来完成一个典型的扩散管的检测方案,该扩散管是喷气式发动机里的一个零部件,主要功能是把压缩系统里的压缩空气传递至燃烧室。 “PolyWorks就如同一个虚拟的CMM三坐标仪,用点云代替物理部件来探测点。这样就可以能让质量控制专家获得成千上万的点,因此,他们就可以有更丰富和完整的信息作为基础,做出分析判断。” - Marc Soucy, InnovMetric总裁说道。

测试在以下五步骤完成:

A)数据获取:

步骤1.获取数据

扩散管通过3D扫描仪被数字化。由此,获取高密度点云,可给质量控制专家提供丰富的信息源。

B)使用PolyWorks处理点云:

步骤2.首次对齐和全局比较

  • 从数码仪上获取的点云,使用最佳拟配对齐方式,来和CAD模型对齐。
  • 点云和CAD模型被用来比较,来获取点到CAD的误差,并创建一个【通过/失败】的报告。

步骤3.第二次对齐

为重新进行CMM对齐,可以使用从3个截面抽取出特定特征(平面,直线和点)进行3-2-1对齐。

步骤4.测量和对比

可以使用GD&T编程技术和截面分析技术,在16个截面处获取其四维的测量尺寸。

  • 平面测量(从截面)
  • 弯曲位移(形位公差)
  • N角度(形位公差)
  • 最大偏差(从截面)

步骤5.报告生成

最后,可以生成一个包含彩图,表格和注释快照的完整的报告。随后,这份报告可导出如下几种文件格式,包括ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML, 和Word。

PolyWorks|Inspector™可节省扩散管的检测时间超过75%,同时保持传统CMM三坐标的精准度。

优势

PolyWorks在此实验中最显著的特征

  • 曲面分析

为了把实现把制造过程中复杂的变形可视化,全局的数据点和CAD曲面比较是一个强大的工具。但在多数情况下,仅仅通过一个全局彩图来对一个零件做出接收/拒绝的判断,是不充分的,因为零件的功能通常取决于一系列的特定尺寸。在扩散管的例子中,沿着管道中心线的截面变化是决定零件是否合格的至关重要的指标。如果仅把一个全局的点到CAD的误差来作为检测流程中的判断指标,那么将会有很多本来合格的零件被误判为不合格而报废。

  • 形位公差分析

PolyWorks|Inspector独有的一面就是基于特征的测量流程,即每个被编辑过的特征都可以具有用户自定义的公差。在这个项目,PolyWorks|Inspector的 GD&T形位公差工具可以定义CAD名义特征之间的关系,必要的测量之间的关系,以及每一个测量的特定公差。GD&T中的对象可以自动地计算点云上的实际尺寸,并且自动更新基于公差的通过/失败的报告。

  • 强大的宏编程语言

分析从CMM三坐标获取的数据通常是项耗时的任务。为获取不同测量,数据被加载到不同的软件,以及进行其他操作时,都需要的手动的操作。测量每个新零件时需要重复每个操作。

利用PolyWorks,通过高级宏编程语言,一系列的测量步骤可以被自动化的执行。在这个的实验中,InnovMetric的一个应用专家,花了不到2天的时间就编写出了可以自动完成整个操作的宏程序。

最终,工程师就可以执行一个完整的点云检测流程,从首次对齐到创建完整的报告,在不到3分钟的时间内,只需点击一下鼠标,即可完成。

结论

基于10%的规则,初步的结果是可以 被接收的,因为扫描结果和CMM三坐标的结果的区别是低于10%的零件公差值。一个量规值 R & R(重复性和再现性)测试现在可以进行进一步验证这些结果。

总结

测试目的

  • 使用3D扫描仪重复传统CMM三坐标的检测流程来获取点,然后由PolyWorks来处理这个数据库。
  • 评估从PolyWorks获取的测量质量(精准度),并和CMM三坐标获取的数据做对比。
  • 使用PolyWorks评估完成零件检测所需的时间。
  • 使Gage R&R(重复性和重塑性)成功生效的可能性测试。

方法

  1. 使用高密度激光扫描仪扫描导管。
  2. 将数据点云导入到PolyWorks并且使用IMInspect模块将其对齐到原始CAD模型。
  3. 使用PolyWorks可编程GD&T工具和曲面分析工具,在16个曲面处自动抽取4个测量值。
  4. 创建完整的报告包括彩图,注释快照,表格报告和AVI格式的动态报告。
  5. 使用PolyWorks脚本语言形成宏,实现整个检测流程的自动化。

试验结果

  • 使用3D扫描仪和PolyWorks软件获取的测量值,与其他的CMM三坐标仪获取的数值几乎接近。这两种结果的数值误差是低于零件公差值的10%。
  • 3D扫描仪与PolyWorks软件同传统CMM三坐标检测技术相比,检测扩散管可以在其25%时间内完成。
  • 使用3D扫描仪获取数据在15分钟内完成,替代需要1小时完成的CMM三坐标检测技术。
  • 使用PolyWorks软件,点云检测流程在不到3分钟的时间内完成。

特色产品

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