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數(shù)字形狀采樣和處理技術對模具發(fā)展的促進作用

數(shù)字形狀采樣和處理技術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是一個全球領先的提供吹塑系統(tǒng)和服務的供應商。早在30年前，公司通過開發(fā)新的切割機械以及為乳品包裝市場進行專利空心塑料瓶設計而成為吹模成型領域的領先者。此后，經(jīng)過幾年的發(fā)展，公司還開發(fā)了專利技術來提高自身的技術能力和自動化程度。

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

“這個新的程序有許多優(yōu)點”，UniloyMilacron公司的產(chǎn)品設計工程師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)省了時間，這樣我們開發(fā)新的模具的時間也就被大大縮短了”。

復制復雜的形狀

最近，一個合作項目正在UniloyMilacron和GKS公司之間進行。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制品。盡管牛奶瓶是電冰箱里最常見的容器，但一個典型的牛奶瓶在采用CAD系統(tǒng)操作時卻是相當復雜和困難的。

“我們使用Pro/ENGINEER軟件來設計新的容器，這種新的軟件的不同于以往的容器設計模式”，Janeczek說道，“但是我們同時也需要各種不同的技術來滿足客戶的設計需要”。

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。

作為一個以制圖為基礎的技術，CAD最開始呈現(xiàn)出的是一個空白的屏幕，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物體的具體形態(tài)。對于設計一種新的產(chǎn)品來說，CAD是最適用的。但是當它用來模擬和表現(xiàn)現(xiàn)有的物體的時候，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)并且把這些點云數(shù)據(jù)輸入如GeomagicStudio全自動軟件中等。該軟件是這個過程中最重要的部分：它從測量數(shù)據(jù)中提取物體幾何形狀數(shù)據(jù)及布局信息，進而創(chuàng)造出高質(zhì)量的數(shù)字模型。這些模型都可以被CAD/CAM/CAE使用并用來進行進一步的操作，例如工程分析、模擬、機械加工等等。

“對于用數(shù)字復制一個模型，GeomagicStudio軟件可以提供最簡單、最快速、最準確的方法”，GKS公司工程師兼UniloyMilacron工程負責人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物體的模擬”。

幾分鐘內(nèi)完成數(shù)百萬點

Le目前一直使用激光設計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的探測器，但是選擇DS3040使得整個操作過程更快速，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，你不得不使用基礎式探針，而且不管進行多少次都不一定會產(chǎn)生特別精確的數(shù)據(jù)。除此之外，對于一個柔軟易變形的物體來說，你不可能得到精確的數(shù)據(jù)因為它的物理形狀總是在改變”。

據(jù)Le介紹，激光設計系統(tǒng)的主要優(yōu)點就是使用旋轉(zhuǎn)平臺來對容器進行全方位的掃描，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)。

新技術掃描一個牛奶瓶大約需要花一個小時的時間，并且收集了一個大約有兩百萬點的點云。這和UniloyMilacron過去使用的CNC系統(tǒng)掃描容器所花費的24個小時相比占有明顯的優(yōu)勢。CNC系統(tǒng)僅能捕獲幾千個數(shù)字點，但和激光設計掃描儀收集的數(shù)百萬點相比便顯得微不足道。此外，新的方案可以在更短的時間內(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。

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

點到面的轉(zhuǎn)化

當這些數(shù)據(jù)點被激光設計掃描儀捕獲的時候，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、改正錯誤并且彌補漏洞的基礎上整理這些數(shù)據(jù)設置。

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

最后的步驟就是創(chuàng)建一個可以直接用于CAD系統(tǒng)的NURBS表面模型。當不需要其余的先進控制的時候，GeomagicStudio軟件只要輕輕點擊一下鼠標就可以輕松完成。如果是模擬容量為兩升的牛奶瓶，Le也只是根據(jù)細節(jié)部分調(diào)整一下具體的區(qū)域。為了這項工作，他使用了GeomagicStudio軟件的技術來修補更加優(yōu)化、采用適合的表面配置、并且進行輪廓的探測和擴充。

“從多邊型階段到形狀階段再到CAD表面完成階段整個過程大約需要花費一個小時的時間”，Le接著說“GeomagicStudio軟件使需要細節(jié)分析的結(jié)合部分采用了自動的或手動的修補程序”。完整的模型是以IGES文件形式儲存的，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云模型，我們大約需要3到4天的時間”�！艾F(xiàn)在，只要不到一天時間就可以完成了。GKS提供了一個更加精確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小時的工作時間。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，模型會被發(fā)送給UniloyMilacron的模具設計和加工團隊，他們用它來制造出一個這個模具的行腔，然后決定哪個機械是最適合切割這個行腔的，并且為所挑選的機械設備準備數(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。

更短的時間、更高的精度

對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)造一個新的CAD模型的時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間就可以完成。更高的精度以及更充裕的時間使UniloyMilacron公司生產(chǎn)出的產(chǎn)品始終保持著一個高質(zhì)量的標準，并且在相同的工作時間內(nèi)完成更多的工作。用于切削中提高設計精度、節(jié)省CNC加工時間的DSSP操作工具是UniloyMilacron公司進行生產(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意識到包裝質(zhì)量可以使容器之間產(chǎn)生巨大的區(qū)別。

隨著DSSP技術的發(fā)展，它的應用范圍也變得越來越廣泛，為產(chǎn)品設計、模具重建、質(zhì)量檢測、個性化制作提供了先進的技術。在國外，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的質(zhì)量檢測方法。而在中國，DSSP技術尚處于起步階段，不過筆者相信，中國巨大的市場以及發(fā)展?jié)摿κ笵SSP技術在不久的將來在中國一定能能找到自己的用武之地。