逆向工程中注塑模具形位公差的數字化檢測方法

胡立煒 陳舒拉

(江西機電職業技術學院機械工程系，江西南昌 330013)

中國是目前世界上最大的模具生產基地，注塑模具又是其中一個很重要的組成部分。隨著模具生產的越來越多樣化，對測量行業也提出了很多的要求。原因是對注塑模具的驗證和某些尺寸的測量是傳統測量技術無法完成的，如何采用有效的方法取代傳統的檢測工具，提高塑料模具檢測精度是實際中急待解決的問題。

圖1所示是應用白光掃描儀結合PolyWorks軟件對模具形位公差進行檢測的應用流程。我們要檢測模具有兩個途徑流程，一個是直接檢測模具，另外一個是通過檢測成品達到檢測模具的目的。其流程為：以逆向掃描方式將成品或模仁、模腔、滑塊等關鍵零件掃描成點云數據，讀入到PolyWorks中與CAD設計出來的數據進行對位再加以比對檢測，透過色彩誤差分析圖，可以一目了然地掌握全域尺寸，以此快速精準地驗證出模具的品質。

之所以采用白光掃描獲得數據進行驗證，而不是采用接觸式探針掃描或者激光掃描，是因為用白光掃描更有利于采集到大量數據點的各種特性。白光掃描系統采用照相法拍攝整個表面，而不是像激光掃描系統那樣，沿著幾千條微小的掃描線和幾千個三維掃描點來檢測表面，因此，模具表面上的任何部分都不會被漏檢。除此之外，白光掃描還具有以下優點：

(1)整個系統比激光測量系統簡單，因為不需要便攜式坐標測量機(CMM)、測量臂來輔助進行整體定位。

(2)掃描過程中的噪聲要低得多(相對于三維點和數據掃描儀而言)，另外，因為沒有任何移動的系統，因此也不會產生振動。

(3)整體精度較高，因為在大多數情況下，不需要使用多次調試或“跳蛙”式設置，從而避免了累積誤差。

(4)聚焦場相當大，因此，校正多次掃描所花費的時間也較短。

PolyWorks的主要功能是快速和高品質地處理由各種各樣的三維掃描儀獲取的點云數據，繼而自動生成各種各樣的世界通用標準格式數據。PolyWorks的主要功能分成兩大塊；一個是PolyWorks/Modeler即自動建立模型，數據的來源是任意一種三維掃描儀；一個是PolyWorks/Inspector即依據具有零誤差的CAD設計出來的數據和用掃描儀掃描的實際生產出的物品的數據，自動得出生產過程當中造成的人為誤差報告。

本文以逆向工程中電子產品外殼注塑模具形位公差的檢測過程為實例，闡述白光掃描量測系統結合PolyWorks自動檢測軟件進行實際檢測并生成報告的整個應用流程。其內容如下：

(1)運用白光掃描設備進行逆向掃描，獲得點云數據。圖2a為電子產品外殼注塑模具公模的模腔，圖2b為對模腔逆向掃描得到的點云數據。

(2)掃描所獲取的點云數據與原始標準的模具CAD數模讀入PolyWorks中快速自動對位。在PolyWorks中提供了各種快速地自動對位模式，包括：最佳化自動對位、特征對位、基準對位。對位功能能將掃描進來的點資料與CAD數模非常簡便及快速的對位，即使沒有CAD繪圖經驗者也能輕易使用。如圖3。

(3)全尺寸比對(全域比對)及色彩誤差圖的呈現。在點云數據與CAD數據對位完成后，系統將自動分析比對出所有點的誤差值，并產生色彩誤差分析圖，并提供可自訂正負向公差的色差光學尺讓檢測人員進行顏色識別，快速進行全域誤差的檢視，檢測人員亦可任意選取適當的角度作畫面的擷取，作為檢驗報告的誤差圖。

從色彩誤差分析圖中可以發現，圖4中綠色部份誤差值為±0.02 mm，偏黃、橙、紅色的部分為正向誤差，代表該處為高于CAD的尺寸，也就是存在多料或上翹的情形，灰色部分為超出色差光學尺所設定的±0.2 mm范圍的部分，而偏藍、紫色的部分為負向誤差，表示該處存在缺料或下陷的情形。如要進一步查證準確的誤差值，只需要用鼠標點選任意一點，系統便會自動顯示該點處的誤差值或坐標值，也就是在計算機中即可實現三坐標量測的功能。

(4)比較點誤差值的呈現。如果想知道具體某一點的誤差值是多少，可以在色彩誤差分析圖直接用鼠標點選，鼠標所點之處就會立即呈現這一點的誤差值；或者在全域比對之前，可以事先打上比較點，也可以呈現這一關鍵點的誤差值。

(5)2D與3D檢測報表自動輸出。PolyWorks可以輸出各種報表檔案格式，如2D文檔與3D檢測報告檔，驗收人員可透過 Excel、Word、HTML或 PDF瀏覽器直接讀取，也可以利用PolyWorks提供的免費影響視圖3D瀏覽器讀取帶有誤差顏色的3D檢驗報告，為您遠程共享和修改檢測報告提供非常好的平臺。

(6)“宏”功能可做到100%自動檢測。PolyWorks提供的全智能化“宏”功能，會自動記錄您之前所有的操作和比對結果，在檢測同一款式另外一件模具時可以調用“宏”，它會自動檢測、比對、出檢測報告，為您的工作起到事半功倍的效果。

圖5中的幾個字母按鍵，就是“宏”按鍵，只要直接點擊按鍵，就可以完成所有操作，即使是一線的工人師傅也可以操作。

本文提出的逆向工程應用于注塑模具形位公差的數字化檢測方法，克服了以往模具檢測使用三坐標量測機所帶來的價格相當昂貴，且需以夾具對被測量物件做精準定位，其過程繁瑣、費時、費力等缺點。該檢測方法能夠檢測出傳統方法難以達到足夠精度要求的復雜曲面誤差，對于實現生產檢測的自動化、數字化具有重要的應用前景。

［1］趙萍，李永奎，白雪衛，等.逆向工程中數字化測量方法及其應用［J］.機械設計與制造，2009(2).

［2］林清和，肖楠.馬路科技與PolyWorks CAV快速計算機輔助檢測［J］.CAD/CAM 與制造業信息化，2007(4).