使用PolyWorks软件和3D扫描仪复制基于CMM三坐标的检测流程

如今，汽车和航空领域的制造商采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，这项检测流程被证明是非常精准且可靠的。同时被证明的还有该流程会耗费工时，并且成本高昂。

近年来，3D数码技术横空出现和发展迅猛，开始在汽车和航空领域等许多应用领域广泛应用。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，这些测量以往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。

自年以来，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GDT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PrattWhitney的要求，使用PolyWorks和3D扫描仪替代传统上的三坐标CMM，实现传统零件检测的复制。InnovMetric的应用工程师与加拿大PrattWhitney公司的开发团队一起，通过一个典型的扩散器管的检测，评估使用PolyWorks获得的结果质量，并且与利用CMM三坐标获取的结果进行对比。在这项试验中成功证明，与常规探测流程相比，PolyWorks可以在极短时间内提供同样精准的结果。

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。”-MarcSoucy,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，为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

·使用最佳拟和对齐方式，将获取的点云和CAD模型对齐

·比较点云和CAD模型，获取点到CAD的误差，并创建一个的报告

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GDT编程技术和截面分析技术，在16个截面处获取4个尺寸测量结果，即：

§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，生成一个包含彩图、表格和注释快照的完整的报告。这份报告可导出几种文件格式，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

§截面分析

全局比较数据点和CAD曲面是一个强大的工具，帮助可视化制造过程中复杂的变形。然而，在多数情况下，仅凭一个全局彩图不足以对一个零件做出接收/拒绝的判断，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。如果仅将一个全局的点到CAD的误差作为检测流程中的唯一判断指标，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

基于特征的测量流程是PolyWorks

Inspector所独有。在这个流程中，每个编辑过的特征都可以设置用户自定义的公差。在这个项目，PolyWorks

Inspector的GDT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。GDT的对象自动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RR（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GageRR（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GDT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。

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