三維掃描技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)及過程質(zhì)量控制中的應(yīng)用

徐治新，鄭翠華，蔣 云，何帥偉

（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 471004）

隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對鑄件質(zhì)量和精度要求越來越高，平臺劃線對圓弧弧度、不易支撐固定的零件、消失模白模、半軸內(nèi)搭子等無法準(zhǔn)確檢測，影響鑄件質(zhì)量和尺寸精度；另外，隨著新產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，平臺劃線周期長，尺寸檢測偏差大，不能真實反映產(chǎn)品實際狀況，嚴(yán)重影響新產(chǎn)品開發(fā)進度。為了快速、準(zhǔn)確檢測鑄件尺寸，加強產(chǎn)品質(zhì)量控制，同時對現(xiàn)有的鑄件和對應(yīng)的模具、芯盒進行定期檢測，避免因工裝磨損造成批量鑄件尺寸超差引起報廢。我公司采用三維掃描技術(shù)，很好的解決了上述問題。

1 基本工作原理

通過使用三維激光掃描儀與工件非接觸式掃描，采集大量的點云數(shù)據(jù)，采用分析軟件將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三角化模型，用三角化模型與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模進行比對，生成鑄件壁厚、外形對比數(shù)據(jù)，不需要2D圖紙數(shù)據(jù)便可了解鑄件尺寸檢測結(jié)果。根據(jù)工件加工精度及裝配要求，設(shè)置基準(zhǔn)尺寸，出具標(biāo)準(zhǔn)色差圖，從色差圖可以一目了然看出工件與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模對應(yīng)位置的尺寸關(guān)系[1]，從而達到檢查鑄件產(chǎn)品是否符合圖紙及加工裝配要求，同時也可以檢測芯盒或外模磨損狀態(tài)，以達到對芯盒或外模進行必要的工藝補正，提供準(zhǔn)確的工藝補正量。該設(shè)備精度為0.03mm，掃描尺寸精度高，完全能滿足鑄件檢測要求。

2 提高新產(chǎn)品開發(fā)進度

利用三維掃描可以對新產(chǎn)品的模具及芯盒進行掃描，將掃描結(jié)果轉(zhuǎn)化為三角化模型并與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)三維進行比對，根據(jù)比對色差圖，可以直觀看出模具或芯盒設(shè)計、制作是否滿足要求，提供準(zhǔn)確的偏差值，直接對芯盒或模具進行修理，如圖1所示。制作完成后的芯盒或模具可以直接調(diào)試生產(chǎn)，極大地提高了新產(chǎn)品開發(fā)進度。

從圖1可以看出，各對應(yīng)位置偏差值在色差圖上顯示直觀，可以按偏差值對芯盒或外模進行工藝補正，縮短了調(diào)試時間及調(diào)試次數(shù)。

圖1 4A缸體與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模比對后的色差圖

3 加強過程質(zhì)量控制

3.1 對生產(chǎn)用芯盒的監(jiān)控

干式缸體水套芯尺寸平臺劃線無法檢測，如何確定芯盒是否磨損、磨損量多少、芯盒是否需要修理，單純靠定期解剖鑄件對比檢查，不僅周期長，而且造成鑄件毛坯解剖后報廢。采用三維掃描技術(shù)后，可以定期對制好的水套芯進行掃描，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模進行比對，從對比色差圖可以直觀的看出在用芯盒狀態(tài)，決定是否需要對芯盒進行修理，如圖2所示。

從圖2可以看出，對比色差圖可以隨時監(jiān)控生產(chǎn)過程中芯盒磨損狀態(tài)，視掃描結(jié)果，決定是否需要對芯盒進行修理或工藝補正。

3.2 對生產(chǎn)中使用的模具（型板）、工裝、下芯卡具的監(jiān)控

對模具、工裝、下芯卡具定期檢測是保證工序質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵，原有的平臺劃線，對模具劃線周期長，尺寸精度低、支撐不方便，而且在實際操作中存在較大的安全隱患。很多工裝、下芯卡具、胎具平臺劃線無法實現(xiàn)。

現(xiàn)在使用三維掃描儀可以隨時對在用的模具、工裝、下芯卡具、胎具使用硬質(zhì)測頭進行探測，檢查各相對應(yīng)位置的尺寸，對應(yīng)的位置關(guān)系是否滿足生產(chǎn)需求、是否需要進行調(diào)整、各部位的工作狀態(tài)是否正常等。保證生產(chǎn)用各類模具、工裝、下芯卡具、胎具合格，減少因模具、工裝、下芯卡具、胎具不合格造成的批量廢品或不良品。

3.3 對過程產(chǎn)品變形量的監(jiān)控

有些鑄件毛坯，在其生產(chǎn)、存放及熱處理各個環(huán)節(jié)，都可能會出現(xiàn)變形現(xiàn)象，以前對鑄件毛坯變形量的控制只是在鑄件毛坯入庫前，使用檢驗平臺，用塞尺進行檢查，檢驗工作量大，且只能檢查鑄件毛坯變形量是否滿足用戶要求、是否具備發(fā)貨條件，對鑄件毛坯變形多少、變形位置、在哪個環(huán)節(jié)造成的變形無法檢測，采用三維掃描，對不同過程的產(chǎn)品進行掃描比對，可以有效的控制鑄件變形情況，如圖3所示。

圖2 6M5L缸體水套芯掃描對比色差圖

如圖3為供青島四方的SRIK15-00-00-01蠕鐵制動盤熱處理前后變形量的檢測，該鑄件毛坯對變形量要求非常高，在熱處理過程中，容易造成鑄件變形，為此，對該零件在熱處理環(huán)節(jié)進行對比掃描，以監(jiān)控其變形情況。

圖3 SRIK15-00-00-01蠕鐵制動盤變形量檢測

從掃描結(jié)果可以看出：青島四方的SRIK15-0 0-00-01蠕鐵制動盤熱處理前后，鑄件毛坯變形量符合工藝要求。對其他易變形產(chǎn)品：供陜齒離合器、柴油機各類油底殼等產(chǎn)品，都可以采用三維掃描的辦法進行監(jiān)控。根據(jù)掃描結(jié)果，確定發(fā)生變差的過程，可以有針對性的采取措施進行控制。

3.4 對消失模白模變形量的監(jiān)控

由于消失模白模生產(chǎn)周期長，從預(yù)發(fā)泡、成型、白模組模、白模烘干，各個過程都會存在白模變形問題。以前根本沒有有效的控制手段，只是嚴(yán)格控制各類工藝參數(shù)，如白模烘干溫度、烘干時間、濕度控制，對白模存放時間與變形量之間的關(guān)系得不到有效的數(shù)據(jù)支撐。

利用三維掃描，對不同生產(chǎn)時間段的白模（相同的存放條件下）進行對比掃描，記錄不同時間段變形量，依據(jù)鑄件毛坯變形量工藝要求，可以有效控制白模存放時間，避免因白模存放超期造成報廢。

3.5 完成平臺劃線無法實現(xiàn)檢測的部分

從圖4色差圖可以看出，上箱面內(nèi)腔尺寸整體基本符合設(shè)計要求，但局部位置尺寸超差，最大處小0.944mm，最小處小0.815mm，該位置影響整個鑄件的壁厚，需要對外模進行工藝補正。

從圖5可以看出，水道芯整體尺寸符合要求，對水道芯定期進行掃描，可以有效的控制鑄件水道面壁厚尺寸。

3.6 鑄件毛坯局部位置尺寸檢測

使用三維掃描技術(shù)前，如果需要測量鑄件毛坯某局部位置的尺寸，一般使用壁厚測量儀，只能測量壁厚儀可以伸、卡到的位置，很多位置壁厚儀根本無法檢測。需要對鑄件進行解剖，再使用卡尺測量剖切面尺寸。此種工作方法，不僅鑄件解剖周期較長、尺寸測量精度低，而且解剖后的鑄件必須報廢，造成鑄件廢品損失，同時增加鑄件解剖費用。

圖4 消失模生產(chǎn)的MF704.38.101白模上箱面內(nèi)腔掃描結(jié)果色差圖

圖5 6B3L020101缸體水道芯掃描對比色差圖

圖6 三角化模型測量尺寸

使用三維掃描技術(shù)后，將掃描后的鑄件轉(zhuǎn)化為三角化模型，對需要測量尺寸的位置，直接在三角化模型上進行剖切，對剖切面直接測量尺寸，如圖6所示。

該鑄件測量完成后，只要尺寸合格，依然可以按合格件組織發(fā)貨，任何壁厚儀無法測量的鑄件均可用三維掃描剖切檢測，節(jié)省解剖費用和鑄件廢品造成的浪費。

4 結(jié)論

（1）采用三維掃描技術(shù)，可以對新產(chǎn)品模具及芯盒進行掃描，提供準(zhǔn)確的偏差值，有助于提高新產(chǎn)品開發(fā)的進度。

（2）采用三維掃描技術(shù)，可以對鑄件、模具、芯盒定期進行檢測，避免因工裝磨損造成批量鑄件尺寸超差引起報廢。

（3）采用三維掃描技術(shù)，解決了砂芯，消失模白模、復(fù)雜曲面等無法整體檢測的問題。

（4）采用三維掃描技術(shù)，可以對過程產(chǎn)品變形量定期進行監(jiān)控，找出問題根源，便于改進。