3D测量数据如何支持制造业产品生命周期的每个阶段

在当今的制造业中,精度和效率是产品成功的关键因素。从最初的设计概念到生产的最后阶段,3D采集和3D测量数据在优化流程、确保质量和减少错误方面发挥着关键作用。

信息图表展示了 3D 测量数据如何支持产品生命周期的各个阶段:研发、生产、质量控制和维护。

什么是3D采集数据和3D测量数据?

3D采集数据是通过3D扫描过程获取的原始数据,例如表示物体完整表面几何形状的点云数据,未经过任何解释或处理。

这些获取的数据通常未经处理,是后续分析的基础。

3D测量数据是对采集数据(网格或点云)进行处理后得到的结果,使用计量软件提取几何特征,如平面、圆柱、圆等。

测量工具包括测量臂、3D扫描仪和三坐标测量机(CMM),可提供3D采集数据和3D测量数据,覆盖整个产品生命周期,从设计到维护。

产品生命周期早期的关键环节

研发阶段

3D采集数据在研发过程中提供宝贵的现实依据,使工程师和研究人员能够基于真实数据做出明智决策,最终实现更高质量的产品。

研发团队将3D计量数据用于多种开发目的。

概念设计阶段

在此阶段,产品的初步创意被转化为详细的设计图纸和原型。拥有3D数据对于确保设计按预期功能运行至关重要。

原型测试与材料探索

在批量生产前,通过将物理部件与设计模型进行比较,测量数据可用于验证原型的准确性。基于这些数据的分析还为研发团队提供了测试新材料和新概念的机会,从而促进创新并优化产品性能。

 

利用3D测量数据提升产品质量

配备Skyline Eyes 3D 扫描仪的 KreonOnyx 测量臂扫描机械零件,彩色地图显示与 CAD 模型的偏差

物理模型数字化

技术设计师可使用3D扫描仪精准捕捉物理原型的几何细节,并将采集到的点云数据转换为网格模型,用于后续优化。这样可加快原型制作,并方便快速修改。

 

提升设计精度

借助3D测量数据,设计工程师可以基于真实物理特性改进制造工艺,减少猜测,降低设计迭代次数,加快开发进程。

示例: 某汽车制造商在初期原型测试后发现,驾驶员在长途驾驶时感觉中控台扶手不够舒适。技术员手动调整泡沫垫形状直至符合人体工学要求。随后对改进后的部件进行3D扫描,设计人员可将其几何形状直接导入CAD模型中,从而减少迭代并加快设计确认

 

首件检验(FAI)

完成首件检验后,可利用采集的数据建立一个3D测量流程。从生产初期开始,操作员即可按照预设的控制步骤进行操作,从而节省时间与资源。

Kreon的Skyline系列3D扫描仪非常适合获取复杂零件的详细数据。3D数据可与CAD软件集成,实现高效的设计流程。

 

通过3D检测数据改进中期质量控制

KreonSkyline 3D 扫描仪通过几何尺寸检查、偏差分析、统计评估以及在制造过程中使用 3D 检测数据进行早期缺陷检测来改进质量控制。

早期缺陷检测

3D扫描解决方案可在零件制造过程中实现实时检测。这有助于及早发现接缝线、变形或收缩等问题,使制造商能够迅速调整流程,减少废品,避免缺陷产品流入市场。

 

颜色映射表面分析

通过将扫描得到的点云或网格与理论模型叠加,软件可生成颜色偏差图,直观地显示差异。这种分析便于识别表面不规则或模具问题(如对位、磨损、损坏)。

 

确保尺寸一致性

先进的3D检测工具能确保每个零件严格符合设计公差,即便是细微偏差也能被检测到。这在航空航天与汽车行业尤其重要,任何微小误差都可能影响性能、安全或装配。

 

统计过程控制(SPC)

对扫描数据的高速精确分析使实时统计评估成为可能。通过分析多个零件中反复出现的偏差,可维持长期的流程稳定性,避免缺陷扩散。

 

优化工装与生产参数

3D计量数据不仅用于零件验证,还支持工装优化。凭借这些数据,制造商可以优化工具几何形状,调整机器参数,从而提升质量并减少试错循环,例如在模具制造过程中。

 

支持产品后期的维护与维修

技术员在计量实验室对坐标测量机 (CMM) 进行维护。

在产品生命周期的后期阶段,维护与维修对于确保设备持续运行至关重要。

通过对设备进行检测以评估其磨损情况或装配质量,企业可以预测部件失效的时间,从而在问题发生前安排维护。

3D测量工具如测量臂的灵活性使得可直接在产线上完成检测,无需拆卸部件或将其转移到计量室。

示例: 在工业设备领域,3D扫描可用于检测大型组件,如涡轮或发动机。技术人员可依据3D数据识别缺陷或损坏,从而判断部件是需要维修还是更换。

基于3D扫描数据的逆向工程

3D扫描技术可帮助制造商复原已变形或停产的旧零件,通过捕捉其精确尺寸生成数字模型并实现复制。这在许多已停产零件的行业中尤为重要。

即使没有CAD文件,逆向工程也可用于调整和改进现有设计。

逆向工程流程图,显示多边形网格、区域分析、混合 CAD 建模和用于质量控制的色彩映射。

 

提升兼容性

3D扫描确保通过逆向工程制造的新部件能与现有系统完美匹配。这有助于在复杂装配环境中实现正确的尺寸和形状设计。

3D逆向工程的主要优势包括:

  • 快速生成无CAD文件部件的CAD模型
  • 允许设计修改与改进
  • 实现快速精准的备件制造
  • 减少不兼容风险,确保良好集成

结论

3D测量数据是支撑产品制造生命周期各阶段的基础。从初期设计与原型开发到中期生产,它始终扮演关键角色。

Kreon Technologies为多个行业提供先进的3D测量解决方案。这些系统帮助制造商在整个产品生命周期中,充分利用3D数据在质量控制和逆向工程中的全部潜力。

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