快速、精确的逆向工程分析提高产品质量

这是一项涉及到逆向工程分析技术的3D激光扫描项目，在没有CAD数据的情况下，采用这种技术对一个吹塑成型的瓶子进行逆向工程分析。

Blowmold Supply吹塑模具供应公司位于密执安州Jackson市附近，该公司从事吹塑模具和吹塑机元件的生产，应用于塑料瓶子的吹塑成型，这些塑料容器主要是容量为1.5gal的塑料桶装奶容器和小型的塑料果酱瓶。该公司也制造生产塑料容器的吹塑设备和销售用于制造饮料瓶子、瓶盖和汽水瓶盖的模具。

面临的挑战

Blowmold Supply公司的一个客户想要制造一种新型加仑级容量的容器，但没有任何有关容器所需的数据。如果能提供现成的CAD数据，就可以让Blowmold Supply公司创建刀具加工路径，在实心的塑料块上切削加工模腔，创建一个分成两半、并配有销钉和衬套的新模型。为了获取这个塑料瓶子所需的CAD数据文件，Blowmold Supply公司首先从现有的模具中制造了塑料铸件模型，然后经过扫描变成数据格式。该模型经数字化处理以后，桶装奶容器所需的尺寸数据可以在其正式生产前任意改变。

几年前，当Blowmold Supply公司的Dan Morris先生在另一家公司工作时，他听说过有关GKS服务公司的情况。他知道，采用激光扫描技术能够以很好的成本效益和很快的速度创建零件的精确数据文件，如他现在正要加工制作的加仑级桶装奶容器。

图1 扫描工作已在Surveyor测量系统上安排就绪，图中所示为角形激光扫描仪。
桶装奶容器安装在旋转测试台上，可进行全方位扫描

解决方案

Morris先生从他以前的联系地址本上找到了明尼苏达办事处GKS服务局经理Larry Carlbery先生的联系方式。GKS检验服务公司是Laser Design公司的一个分部，其总部设立在明尼苏达州的Minneapolis市，从1981年以来，一直是在全球范围内提供尺寸检验、3D激光扫描和大地扫描技术服务的供应商。

GKS公司的计量人员采用激光技术和传统的测量方法，从事各种检验工作，他们已有25年以上的工作经验。当Carlberg先生接到这一信息后，他让Morris先生与密执安州Plymouth市的Engineering and Laser Scanning Services公司办公室总监Jim Andrews先生联系，因为从地理位置上看，他离Blowmold Supply公司的距离要近得多。

Morris先生将该项目的要求发送给Andrews先生，然后Andrews先生向他解释了如何更好地采集创建3D CAD模型所需的扫描数据，然后他才能根据这些数据创建新型奶壶模腔所需的刀具加工路径。Morris先生深为Andrews先生的知识和专业技术所折服，并给Andrews先生寄去了他用老模具制作的该桶装奶容器铸模，以便GKS公司扫描测量。

由于激光扫描系统可以在其表面上投射一束激光光线，同时在其扫描过程中，摄像机连续地采用三角照相测量技术改变其距离或外型，这样就不会发生在表面形状不规则区域上的数据丢失问题。该系统可以测量很小的细节和捕捉复杂的自由几何形状，所以能够非常精确地复制物体的外型。激光扫描仪能够快速地测量物体的表面，每秒钟可以扫描几万个数据点，因此不需要样板或夹具就可以生成大量的数据点。

图2 在Geomagic屏幕上拍摄的桶装奶容器点阵数据图（桶装奶容器侧视图）

GKS公司拥有几台Laser Design公司的激光扫描仪，因此可以从公司内部选用适当尺寸和分辨率的装置供检测使用。最后，Andrews先生决定选用Laser Design公司的Surveyor 4060型扫描系统，该系统配有RPS-450型激光器，测量精度为±0.0254mm。它采用旋转测量台，可360°扫描采集整个桶装奶容器的数据，并专门采用为该系统配置的Surveyor扫描控制软件进行处理。

整个扫描可在1h内完成。如果采用接触式探头扫描，要采集足够的3D数据来确定桶装奶容器的形状，可能需要耗费很多个小时。由激光系统生成的几百万个坐标扫描点阵被储存到Geomagic Studio测量室进行初步处理，只需30min的时间。此后，这些数据被读入到SolidWorks装置内用于模型制作，这个过程需要4h。

Andrews先生评论说：“这个3D激光扫描项目是Blowmold Supply公司在没有CAD数据情况下，采用逆向工程分析法设计产品的一个典型实例。在GKS公司，我们对扫描各类大小的零件都很有经验，这类零件涉及到许多行业，包括电子、汽车等行业。在这个案例中，涉及到塑料吹塑模具的制造。采用这种方法节约了不少的时间，反过来又可以为公司节约其他的资源和资金。”

图3 加仑级桶装奶容器的STL表面模型

圆满成果

Blowmold Supply公司的一位需要新型模具刀具加工路径的客户评论说：“GKS公司采用扫描测量方法获得的3D模型是他从未见过的，最干净和最直观的方法。”Morris先生也表示赞同：“数据处理非常流畅，不需要进一步的处理。我们从GKS回来以后，该文件就可立即使用。”桶装奶容器很快就投入生产，现在每个地方的杂货店，都可以看到这种奶壶。

由于这个桶装奶容器项目的进展非常理想，Morris先生又给GKS增加了一些新的项目，如容量为5gal的除草剂塑料桶。由于原先的除草剂塑料桶强度不够，无法承受掉落到地面时所受的撞击力，因此Blowmold Supply公司需要对其进行修改，使其具有更高的强度。GKS公司的扫描数据为Morris先生提供了确切的测量值，因此他可以从数字上改变其圆角半径，使该容器的结构具有更强的支持力。

最后，Morris先生得出一个结论：“我们很高兴找到了GKS这样的技术服务公司。如果没有他们，在桶装奶容器问题上，我们就无法完成我们所需要完成的工作。他们的服务非常及时，而且价格也很合理。他们为我们提供了重新配置模具所需的所有准确数据。我对GKS公司、他们的工程技术人员和激光扫描工艺充满了信心。他们应该为他们所做出的贡献而感到自豪！”