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數(shù)字形狀采樣和處理技術(shù)對(duì)模具發(fā)展的促進(jìn)作用

數(shù)字形狀采樣和處理技術(shù)可以用于精密模具的生產(chǎn)，并且可以大大縮短用于切削的電腦數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)新模具的時(shí)間。

在大多數(shù)人眼里，容器僅僅是用來裝物品的器具而已。但是對(duì)注-吹成型公司UniloyMilacron的客戶來說，他們的UniloyMilacron容器還是定義他們品牌的一重要部分。

uniloymilacron是一個(gè)全球領(lǐng)先的提供吹塑系統(tǒng)和服務(wù)的供應(yīng)商。早在30年前，公司通過開發(fā)新的切割機(jī)械以及為乳品包裝市場(chǎng)進(jìn)行專利空心塑料瓶設(shè)計(jì)而成為吹模成型領(lǐng)域的領(lǐng)先者。此后，經(jīng)過幾年的發(fā)展，公司還開發(fā)了專利技術(shù)來提高自身的技術(shù)能力和自動(dòng)化程度。

最近，該公司的一項(xiàng)具有重要意義的創(chuàng)新技術(shù)就是利用數(shù)字形狀采樣和處理技術(shù)(DSSP)來為塑料容器開發(fā)新的模具。該項(xiàng)技術(shù)是由LaserDesign公司的一個(gè)分支GKSInspectionServices公司提供的。GKS公司利用其激光設(shè)計(jì)掃描儀對(duì)塑料容器的幾何外型進(jìn)行準(zhǔn)確的掃描，并且GeomagicStudio軟件把掃描的數(shù)據(jù)輸入到精確的表面模型當(dāng)中供CAD系統(tǒng)和機(jī)械加工使用。

“這個(gè)新的程序有許多優(yōu)點(diǎn)”，UniloyMilacron公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師JimJanezek說道�！八�可以使我們生產(chǎn)更加精確的模具，并且為用于切削加工的CNC系統(tǒng)節(jié)省了時(shí)間，這樣我們開發(fā)新的模具的時(shí)間也就被大大縮短了”。

復(fù)制復(fù)雜的形狀

最近，一個(gè)合作項(xiàng)目正在UniloyMilacron和GKS公司之間進(jìn)行。具體內(nèi)容是UniloyMilacron公司為GKS公司提供一種兩升塑料牛奶瓶的復(fù)制品。盡管牛奶瓶是電冰箱里最常見的容器，但一個(gè)典型的牛奶瓶在采用CAD系統(tǒng)操作時(shí)卻是相當(dāng)復(fù)雜和困難的。

“我們使用Pro/ENGINEER軟件來設(shè)計(jì)新的容器，這種新的軟件的不同于以往的容器設(shè)計(jì)模式”，Janeczek說道，“但是我們同時(shí)也需要各種不同的技術(shù)來滿足客戶的設(shè)計(jì)需要”。

快速捕獲能力和包含有自由形態(tài)的模型現(xiàn)有物質(zhì)是CAD系統(tǒng)和DSSP之間最的差別所在。

作為一個(gè)以制圖為基礎(chǔ)的技術(shù)，CAD最開始呈現(xiàn)出的是一個(gè)空白的屏幕，然后由操作人員輸入尺寸、形狀、曲線以及表面情況然后來確定這個(gè)物體的具體形態(tài)。對(duì)于設(shè)計(jì)一種新的產(chǎn)品來說，CAD是最適用的。但是當(dāng)它用來模擬和表現(xiàn)現(xiàn)有的物體的時(shí)候，它的局限性就體現(xiàn)了出來，特別是那些有自由形態(tài)形狀的物體，比如那些有把手的塑料牛奶瓶等。

而DSSP在最初的情況下則呈現(xiàn)的是一個(gè)已有的產(chǎn)品和成型結(jié)構(gòu)。高速掃描儀捕獲物體的形態(tài)數(shù)據(jù)并且把這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入如GeomagicStudio全自動(dòng)軟件中等。該軟件是這個(gè)過程中最重要的部分：它從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取物體幾何形狀數(shù)據(jù)及布局信息，進(jìn)而創(chuàng)造出高質(zhì)量的數(shù)字模型。這些模型都可以被CAD/CAM/CAE使用并用來進(jìn)行進(jìn)一步的操作，例如工程分析、模擬、機(jī)械加工等等。

“對(duì)于用數(shù)字復(fù)制一個(gè)模型，GeomagicStudio軟件可以提供最簡(jiǎn)單、最快速、最準(zhǔn)確的方法”，GKS公司工程師兼UniloyMilacron工程負(fù)責(zé)人HanLe說�！澳憧梢栽诓徊杉�物理尺度和使用精度為0.0025毫米(0.0001英寸)的CAD模型的前提下完成對(duì)物體的模擬”。

幾分鐘內(nèi)完成數(shù)百萬點(diǎn)

Le目前一直使用激光設(shè)計(jì)DS3040掃描儀來捕獲兩升牛奶瓶的數(shù)據(jù)。盡管DS3040要求要選擇適合CMM的探測(cè)器，但是選擇DS3040使得整個(gè)操作過程更快速，并且可以采用無接觸式掃描。

“在使用傳統(tǒng)的CMM系統(tǒng)時(shí)你不可能得到DS3040所形成的精確掃描結(jié)果”，Le說，“在用傳統(tǒng)的方法時(shí)，你不得不使用基礎(chǔ)式探針，而且不管進(jìn)行多少次都不一定會(huì)產(chǎn)生特別精確的數(shù)據(jù)。除此之外，對(duì)于一個(gè)柔軟易變形的物體來說，你不可能得到精確的數(shù)據(jù)因?yàn)樗�的物理形狀總是在改變”�?

據(jù)Le介紹，激光設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)就是使用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)來對(duì)容器進(jìn)行全方位的掃描，并且可以輕而易舉的整合用于普通并列系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。

新技術(shù)掃描一個(gè)牛奶瓶大約需要花一個(gè)小時(shí)的時(shí)間，并且收集了一個(gè)大約有兩百萬點(diǎn)的點(diǎn)云。這和UniloyMilacron過去使用的CNC系統(tǒng)掃描容器所花費(fèi)的24個(gè)小時(shí)相比占有明顯的優(yōu)勢(shì)。CNC系統(tǒng)僅能捕獲幾千個(gè)數(shù)字點(diǎn)，但和激光設(shè)計(jì)掃描儀收集的數(shù)百萬點(diǎn)相比便顯得微不足道。此外，新的方案可以在更短的時(shí)間內(nèi)提供更精確的數(shù)據(jù)，這為UniloyMilacron公司的生產(chǎn)和程序安排都提供了很大的幫助。

“當(dāng)我們進(jìn)行這樣的操作時(shí)，我們需要為切削操作中最重要的工具CNC機(jī)械爭(zhēng)取時(shí)間”，Janeczek解釋道�！暗�采用了GKS的掃描和數(shù)據(jù)加工過程，CNC機(jī)械就可以全速的完成切削任務(wù)，而且我們也不用擔(dān)心使用它的時(shí)間安排”。

點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)化

當(dāng)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)被激光設(shè)計(jì)掃描儀捕獲的時(shí)候，它們被采用到GeomagicStudio軟件中，在這里這些數(shù)據(jù)可以被寄存掃描，并且在保留精度、改正錯(cuò)誤并且彌補(bǔ)漏洞的基礎(chǔ)上整理這些數(shù)據(jù)設(shè)置。

這些點(diǎn)云模型在由GeomagicStudio軟件提供的專利外圍三角測(cè)量運(yùn)算法則的幫助下轉(zhuǎn)化為了一個(gè)多邊形模型。新的功能可以根據(jù)軟件自動(dòng)地創(chuàng)造出一個(gè)清晰的多變形，并且具有區(qū)域模擬、優(yōu)化多邊形密度、固定重疊的交叉點(diǎn)以及編輯多邊形特征等優(yōu)點(diǎn)。

最后的步驟就是創(chuàng)建一個(gè)可以直接用于CAD系統(tǒng)的NURBS表面模型。當(dāng)不需要其余的先進(jìn)控制的時(shí)候，GeomagicStudio軟件只要輕輕點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)就可以輕松完成。如果是模擬容量為兩升的牛奶瓶，Le也只是根據(jù)細(xì)節(jié)部分調(diào)整一下具體的區(qū)域。為了這項(xiàng)工作，他使用了GeomagicStudio軟件的技術(shù)來修補(bǔ)更加優(yōu)化、采用適合的表面配置、并且進(jìn)行輪廓的探測(cè)和擴(kuò)充。

“從多邊型階段到形狀階段再到CAD表面完成階段整個(gè)過程大約需要花費(fèi)一個(gè)小時(shí)的時(shí)間”，Le接著說“GeomagicStudio軟件使需要細(xì)節(jié)分析的結(jié)合部分采用了自動(dòng)的或手動(dòng)的修補(bǔ)程序”。完整的模型是以IGES文件形式儲(chǔ)存的，并且發(fā)給UniloyMilacron公司以供Pro/ENGINEER軟件使用。

Janeczek說“過去，為了得到我們想要的點(diǎn)云模型，我們大約需要3到4天的時(shí)間”�！艾F(xiàn)在，只要不到一天時(shí)間就可以完成了。GKS提供了一個(gè)更加精確CAD模型，而且它可以直接用于Pro/E軟件“。

據(jù)Janeczek介紹，新型模型在Pro/E軟件操作中需要兩個(gè)小時(shí)的工作時(shí)間。這包括瓶頸的完成、瓶帽羅紋的加刻、雕刻可再生代碼和模型編號(hào)的瓶底，而且還可以根據(jù)客戶要求加上他們的LOGO。

在Pro/E軟件完成操作之后，模型會(huì)被發(fā)送給UniloyMilacron的模具設(shè)計(jì)和加工團(tuán)隊(duì)，他們用它來制造出一個(gè)這個(gè)模具的行腔，然后決定哪個(gè)機(jī)械是最適合切割這個(gè)行腔的，并且為所挑選的機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)字文件。如果加工容量為兩升的牛奶瓶，UniloyMilacron便采用A55Makino系統(tǒng)來切割模具。切割結(jié)束以后，模具在被進(jìn)行打磨和必要的手工操作之后便可以投入使用了。

更短的時(shí)間、更高的精度

對(duì)UniloyMilacron公司來說，他們現(xiàn)在獲取現(xiàn)有容器的數(shù)據(jù)和創(chuàng)造一個(gè)新的CAD模型的時(shí)間都比以往縮短了超過50%。根據(jù)Janeczek介紹，過去至少需要4到5天完成的工作現(xiàn)在只要不到兩天的時(shí)間就可以完成。更高的精度以及更充裕的時(shí)間使UniloyMilacron公司生產(chǎn)出的產(chǎn)品始終保持著一個(gè)高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并且在相同的工作時(shí)間內(nèi)完成更多的工作。用于切削中提高設(shè)計(jì)精度、節(jié)省CNC加工時(shí)間的DSSP操作工具是UniloyMilacron公司進(jìn)行生產(chǎn)特殊容器最有效操作觀念的最有利證明。

最后，不管在哪里使用容器，UniloyMilacron公司和他的客戶都會(huì)意識(shí)到包裝質(zhì)量可以使容器之間產(chǎn)生巨大的區(qū)別。

隨著DSSP技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也變得越來越廣泛，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具重建、質(zhì)量檢測(cè)、個(gè)性化制作提供了先進(jìn)的技術(shù)。在國(guó)外，DSSP已經(jīng)為一些著名的汽車公司如福特汽車公司生產(chǎn)原配零件和模具，并且為施耐德等知名電器公司提供先進(jìn)的質(zhì)量檢測(cè)方法。而在中國(guó)，DSSP技術(shù)尚處于起步階段，不過筆者相信，中國(guó)巨大的市場(chǎng)以及發(fā)展?jié)摿κ笵SSP技術(shù)在不久的將來在中國(guó)一定能能找到自己的用武之地。