本文介紹了一種用于保證裝配線持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)，即Geomagic逆向工程技術(shù)

　　當(dāng)沖壓模具報(bào)廢的時(shí)候，生產(chǎn)制造會(huì)被迫停滯，汽車制造商大多無法承受這樣的停滯發(fā)生。這就是為什么福特(Ford)公司求助Detail 技術(shù)公司對(duì)他們的兩個(gè)即將達(dá)到使用壽命的野馬汽車(Mustang)沖壓模具實(shí)施逆向工程的原因。

　　Detail 技術(shù)公司生產(chǎn)新的和復(fù)制注塑模、沖壓模、壓鑄模及各個(gè)部件。該公司使用了Geomagic Studio逆向工程軟件，Geomagic能夠處理三維掃描實(shí)物零件得到的點(diǎn)云, 自動(dòng)把點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字模型，以用于下游CAD/CAM/CAE系統(tǒng)和機(jī)械加工及分析。

　　通常，送到Detail技術(shù)公司的模具鋼已經(jīng)是先按CAD數(shù)據(jù)被切削過的，然后再通過手工精度調(diào)整制成零件。微調(diào)工序成為復(fù)制精度重復(fù)性的難題。

　　“沖壓鋼不是一門精密科學(xué)，這些鋼通常與設(shè)計(jì)意圖有所不同。” Detail技術(shù)公司的逆向工程專家John Amos先生說。最終這些鋼需要被修復(fù)、替換或復(fù)制。

　　“除非是極具遠(yuǎn)見的客戶獲得了未來參考標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，”Amos先生說，“否則，為了復(fù)制這些沖壓鋼，必須經(jīng)歷同樣單調(diào)的工作程序。”

　　當(dāng)用于沖壓和再?zèng)_壓野馬(Mustang)汽車橫梁與框架的鋼模具達(dá)到使用壽命時(shí)，福特公司發(fā)現(xiàn)他們便遇到了上述的問題。與其投資4億美元來重新整合仍處于市場上的野馬汽車型號(hào)，福特公司選擇了對(duì)正在老化的模具通過逆向工程進(jìn)行重建，以能夠延長鋼模具的使用時(shí)間。

　　重建模具避免重整汽車型號(hào)

　　“模具”是一個(gè)普通的術(shù)語，這個(gè)案例用來描述制造沖壓件的加工設(shè)備。一套模具組由兩個(gè)相對(duì)的部件組成，它對(duì)鋼先成形，再?zèng)_壓和打孔。模具組的上半部分被安裝在一個(gè)沖壓桿上，用來傳遞沖壓動(dòng)作;下半部分被安裝在中間的支承板上，用來依次閉合到?jīng)_壓座上。定位銷用來確保模具組上下部分的對(duì)齊。通常情況下，模具設(shè)備有一個(gè)8到12年的設(shè)計(jì)使用壽命。Amos先生說，“任何懂沖壓工序的人都知道這個(gè)工序?qū)δ＞邠p耗很大。”

　　模具的期望壽命依賴于工作周期。例如，福特野馬汽車不是銷量很大的車型，因此它的模具將比F系列卡車或Escape SUV運(yùn)動(dòng)型多功能車具有更長的期望壽命。

　　只要對(duì)車輛的需求依舊存在，對(duì)各結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)就要長期不變地進(jìn)行。伴隨每一次生產(chǎn)的延續(xù)，模具完全失效的風(fēng)險(xiǎn)都在增加。

　　“工程師的責(zé)任在于對(duì)問題的警覺性 ‘我們在模具徹底失效前，投入資金來重建模具更可靠’，”Amos說，“野馬汽車模具沒有失效過，它們可能還可以再運(yùn)轉(zhuǎn)一兩年，但失效的可能性及代價(jià)要遠(yuǎn)高于重新開幾個(gè)模具的成本。”

　　用老模具創(chuàng)建新模具

　　福特公司決定重建兩個(gè)野馬汽車模具，用來沖壓大約長6英尺、寬8英寸的橫梁構(gòu)件。鋼制鈑金放置在第一個(gè)模具上，沖壓，再用第二個(gè)模具再次沖壓折彎角。在模具被卸下分離、掃描和重建時(shí)，先生產(chǎn)一定庫存的零件來滿足需求。

　　42個(gè)獨(dú)立的模塊，每組模具21個(gè)，每個(gè)模塊大約如面包盒大小。用LDI RPS450掃描儀采集點(diǎn)云，這種掃描儀數(shù)據(jù)采集率可以達(dá)到每秒14,400個(gè)點(diǎn)。兩個(gè)數(shù)據(jù)采集傳感器獨(dú)立工作，以保證零件上一些幾何背影特征的數(shù)據(jù)也能夠被采集。

　　Amos先生用兩個(gè)獨(dú)立的傳感器在第一個(gè)坐標(biāo)位置掃描了鋼模具，然后移動(dòng)鋼模具或者掃描儀到另一個(gè)位置以采集錯(cuò)過的部分。不斷重復(fù)這個(gè)過程直到點(diǎn)云數(shù)據(jù)被完全采集到。

　　Amos先生在他最終的掃描文件坐標(biāo)值列表中記錄下至少三個(gè)坐標(biāo)球的坐標(biāo)位置，并在CMM三坐標(biāo)測量機(jī)上重新安裝PH10測頭來測量2D數(shù)據(jù)(線、銷位、螺位)及坐標(biāo)球本身。這樣可以創(chuàng)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣來合并所有數(shù)據(jù)文件。

　　掃描結(jié)束后，老的模具被重新裝配起來，繼續(xù)投入生產(chǎn)。用老模具再生產(chǎn)一定庫存的零件以備將來拆卸和裝配新的模具。

　　零件的整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)(每個(gè)零件包含300萬到400萬個(gè)點(diǎn))被導(dǎo)入Geomagic Studio軟件，這里Amos先生設(shè)置的采樣距離為0.005英寸，曲率采樣大約為70%。他對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行著色，分離出任何看上去有問題的區(qū)域。根據(jù)工程需要減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并保持一定量的掃描點(diǎn)以保證精度。

　　“模具表面焊縫會(huì)引起凹陷，這些凹陷會(huì)導(dǎo)致很難看的多邊形三角網(wǎng)格面，”Amos先生說，“曲面需要平滑，否則模具可能再次顯露出焊縫。”

　　Geomagic 軟件里有精確的算法，用于修復(fù)粗糙的區(qū)域。Amos先生繼續(xù)進(jìn)行曲面設(shè)計(jì)，他用Geomagic Studio補(bǔ)曲面凹陷和消除釘狀數(shù)據(jù)。還可以分離孔和面的區(qū)別(數(shù)據(jù)空缺的地方)，并用軟件里精確的算法控制來填充這些孔。

　　曲面的邊界也需要處理、增加約束或去掉約束、移動(dòng)，直至完成一個(gè)精確可用的曲面。然后通過比較點(diǎn)云數(shù)據(jù)和創(chuàng)建的曲面得到一個(gè)誤差色譜圖，這樣對(duì)曲面的精度才有把握。

　　兩個(gè)數(shù)據(jù)集(點(diǎn)云和曲面)被保存為IGES文件，然后連同一個(gè)包含定位球信息的CMM文件一起被導(dǎo)入到MasterCam CAD系統(tǒng)中。Amos先生使用球位置信息來對(duì)齊兩個(gè)數(shù)據(jù)集到相同的坐標(biāo)位置，并延伸在逆向工程過程中被剪切掉的邊界曲面。最終完成的CAD文件進(jìn)行保存，以備用于CAM部門。

　　失效發(fā)生前存檔數(shù)據(jù)

　　CAM部門利用兩個(gè)模具創(chuàng)建的CAD文件制造出模具塊，這些模具塊被處理(粗加工、半成品制造、熱處理、硬銑削)成相同的模具替代品。最終的模具被運(yùn)送到福特公司用于生產(chǎn)，整個(gè)過程共耗時(shí)五周，其中用來掃描和建模只用了四天，其它的時(shí)間用來拆卸模具和生產(chǎn)。而模具離開生產(chǎn)線也只有10天時(shí)間。

　　Amos先生說，時(shí)間總量還可以再減少，如果制造商把逆向工程列入標(biāo)準(zhǔn)程序：零件一經(jīng)核準(zhǔn)，馬上就對(duì)其模具實(shí)行逆向工程，這樣可以確保數(shù)字化存檔數(shù)據(jù)任何時(shí)候都可以拿到。當(dāng)一個(gè)模具接近它的失效點(diǎn)時(shí)，存檔數(shù)據(jù)被取出，重建模具，老的模具立刻被新模具所替換。

　　“我們有一個(gè)龐大的文件服務(wù)器系統(tǒng)，能夠非常專業(yè)地保存存檔數(shù)據(jù)，這使我們很自豪。”Amos先生說，“但是我做的逆向工程工作常常是圍繞著客戶找不到的數(shù)據(jù)。通常在模具運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)過程中根本不允許有停機(jī)時(shí)間，因此，當(dāng)他們需要模具時(shí)就非常緊迫。如果業(yè)界愿意投資，模具核準(zhǔn)之后便進(jìn)行掃描，這樣預(yù)先得到一個(gè)可重復(fù)制造的存檔文件，那就太好了。這樣的話，整個(gè)重建模具的工作流程將更加高效。”