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涡轮案例

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1.GEOMAGIC QUALIFY帮助HOWMET/ALCOA实现了快速质量检验过程的需求

       “更多，更好，更快”大概是每个制造商的口号，尤其适用于质量检验。
       豪梅特 (Howmet) 是美铝公司 (Alcoa) 的分公司，主要制造用于航空航天喷气发动机的压缩机和涡轮叶片。该公司认为他们已经找到了克服质量检验中“更多、更好、更快”难题的解决方案。公司已经实施了一种新的首件检验处理过程，它结合了 GOM 白光扫描仪和 Geomagic 出品的计算机辅助检验软件。
       “此结合使我们能够用更短的时间检验更多的零件”，已在 Howmet 参与 32 年之久检验工作的工程支持经理 Steve Vanderkooi 说。

 

       Howmet 对每个新零件执行 100% 尺寸检验。此过程包含校验零件上的各种特性，并将该零件与客户提供的零件制图或 3D CAD 模型进行比较。首件检验是在正式产品发布之前进行的，而且通常是在开发某个零件中进行的。

用更少时间分析更多结果
       Howmet 的这一新方法用 GOM 的 ATOS II 扫描仪取代了 CMM 系统，ATOS II 扫描仪可在大约七秒钟内捕捉和计算多达 1300000 个点的精确 3D 坐标。“在同样的时间内，我们以前使用的 CMM 仅捕捉少数几个点，而 ATOS II 扫描仪却能捕捉几十万个点”，Vanderkooi 说。“因此，我们现在能够用更短时间进行更加彻底的检验。该扫描仪以及 Geomagic Qualify 软件的易用性还在加快检验速度和使结果更容易分析方面发挥关键作用”。

 

       ATOS II 系统通过将图案从白光投影仪投射到物体表面，将实物零件数字化。图案被传感器头两侧的两台照相机捕捉。扫描物体时，已记录尺寸的区域显示在计算机屏幕上。 系统监视其刻度以及对环境的影响，以确保在简陋的工业条件下测量结果可靠。扫描仪测得的尺寸被自动转换为通用对象坐标系统。 
       Howmet 将被扫描叶片的完整 3D 数据集保存为 STL 文件，并将其导入 Geomagic Qualify 软件中，在这里，将其与叶片的 CAD 模型进行比较。

向独特的涡轮叶片挑战
       对涡轮叶片检验面临一些独特的挑战，如分析新制造出的叶片相对于 CAD 模型的扭曲程度。在使用 CMM 系统时，这种分析非常困难，因为这需要操作员精确捕捉点数据，这些点将说明叶片的扭曲是否在允许的公差范围内。但经常没有足够的点进行精确比较。
       Howmet 使用 Geomagic Qualify 中的一个功能自动进行扭曲分析。此软件使 Howmet 可以把扫描模型的横截面与参考数据对齐，并自动生成叶片扭曲程度的统计数据。可以限制最大旋转和扭曲公差。

 

 

       此软件还可对涡轮叶片特性进行图形检验，这些特性包括：平均弧线、最大厚度、机翼前缘和后缘半径、叶片端厚度偏差、弦长等。“Geomagic 与我们一起给 Qualify 软件增加新功能，并回答我们在测试产品时遇到的任何问题”Vanderkooi 说。“这使我们放心地选择了此软件，为了目前和将来的首件检验。”

 


GD&T 自动化
       除特定涡轮分析功能外，Howmet 正从几何测量和公差 (GD&T) 的新自动化功能中受益。Vanderkooi 指出，现在用 Geomagic Qualify 软件，只需几个简单的步骤，即可完成过去常常需要特殊内部代码和专门技能才能完成的许多工作。
利用此新方法，只需点击鼠标按钮，即可在 3D 模型上创建 GD&T 标注。可以以交互方式操作包含标注的模型，而且单个视图可以有多个标注，并可对所有这些标注进行编辑。单个按钮命令即可对关于测试数据的标注、创建视图、 批注和结果表进行评估。结果可显示为简单的通过/失败（绿色/红色）显示，也可显示为详细的彩图，而此彩图显示不同差异水平。所有测试数据都会被自动记录 在图形报告中，此图形报告可以 HTML、PDF、Microsoft Word 或 Excel 格式输出。 

更快的分析多个零件
       Howmet 刚刚开始使用计算机辅助检验软件提供的新功能。但该公司对于用更少时间产生更多质量检验结果的需求正在不断增长。
       “客户正在迅速采用基于统计结果的检验，其中，是否合格不是以单个零件为依据，而是以零件抽样为依据”，Vanderkooi 说，“如果我们不能实施自动化来最大限度地减少检验时间，新零件的检验将花费更多的时间。”
       传统上，基于零件抽样的分析是通过使用 CMM 生成每个零件的尺寸的度量标准来完成的。这是一个非常耗时的过程，因为必须逐个测量每个部件。然后通常会把数据转移到一个分析程序中，进行评估，然后予以发布。
       Vanderkooi 目前正在用 Geomagic Qualify 软件内的自动化趋势分析来取代基于 CMM 的测量过程。一旦扫描一个零件并将报告保存，此软件就自动生成 Howmet 定义的性能分析。批处理功能使非技术用户能够收集数据并生成关于大量零件的报告。此软件内的统计分析工具使 Howmet 可以按照预先定义的系数（如可重复性、随时间发生的变化以及零件之间的差异）对零件进行比较。
       “能够创建一个检验流程并自动将该流程应用到其它零件对于我们企业来说非常重要”，Vanderkooi 说。
       Vanderkooi 相信，不久的将来，ATOS II 扫描仪与 Geomagic Qualify 软件的结合将会对 Howmet 的检验过程的各个方面产生积极影响，但目前速度是关键。
       “检验速度是我们的主要挑战”，Vanderkooi 说，“大家都想要昨天的结果。我们的新方法有助于更快地提供更全面的结果。”
 
 

2.GEOMAGIC软件应用于叶片造型与检测

 

 
 

       东方技术服务公司（Eastern Technical Services，简称ETS）通常面对的是单独的叶轮零部件，没有其他相关信息-没有任何与此相关的CAD模型、图纸、尺寸标识、公差或检验数据。
       ETS由普惠公司(Pratt & Whitney)两位工程师于2000年在弗罗里达州Stuart创立。公司的最大客户为大型气轮使用者。这些客户依赖于ETS，包括已经生产的零件、定制设计和检测服务、和对产品生命周期管理的维护、维修和全面保养的工作流程定义等服务。

 

 

 

       对于ETS及其客户来说，精确度是一个核心问题：航空部件承制商必须遵守联邦航空局的部件生产许可（PMA）过程，以保证生产的部件符合耐飞性标准。ETS将同样严格的要求应用到工业气轮部件，这些部件将为后续的配件市场的销售而被生产出来。 

逆向工程和三维检测技术带来大飞跃
       在过去的数年里，ETS通过将自身内部的工程专业技术与逆向工程和三维检测技术相结合激起了生产力的重大飞跃。
逆向工程和三维检测技术包含多种先进的技术。它可以通过硬件扫描和软件处理的方式，数字化采集实物对象并自动创建具有相关结构特征的精确3D模型,以用于设计、工程、检测和定制制造。数字信号处理（ DSP ）针对的是音频， 逆向工程和三维检测技术针对的是3D几何形状。
       逆向工程和三维检测技术需要两个基本组成部分：扫描仪硬件用以采集点云数据，使用软件将点云数据处理转化为可用的数字化结果。在过去十年中，光学扫描仪制造商在技术方面所取得的进展是逆向工程和三维检测技术成为可能的第一步。以往，工程师只能采用手动采集数据，一次只能采集一个点。光学扫描仪的出现，使得我们只需要花费过去记录几个点的时间就能采集几百万的点。逆向工程和三维检测技术可以采集一个实物对象的整个限定的表面的相关数据，包括产品的特征、颜色、甚至纹理。
当然，除非能够很容易的将收集的点云数据处理成为下游用户在设计、工程分析、快速原型设计、制造和施工应用中所需的高质量的数字化模型，否则收集的几百万个点云几乎没有或者根本就没有价值。在这一处理过程中，软件将发挥关键作用。

通过Geomagic Studio软件生成一个单一的STL文件，该文件反映多次扫描所得到的零部件相关数据的平均值

 

 

应用Geomagic Studio软件将CAD模型的横截面做切片

 
 

更快的速度和更好的管理
       从2000年至2004年中期，ETS每年大约数字化重构了10至12个机翼。根据逆向工程技术的高级技术带头人Scott T. McAfee的说法，在Capture3D的GOM ATOS扫描仪和Geomagic软件广泛相结合的两年时间内，该公司已经完成了多达120个的数字化重构和检测项目。除了速度快外，ETS也已经从新的高水平的控制中受益，这直接关系到客户的质量 。
       “我们可以做从数字重构到检测以及趋势分析的所有工作，这样既节约了时间，又保证了质量和一致性” McAfee表示 。"负责扫描的人可以同时在Geomagic Studio软件中处理采集的数据。使用Geomagic Qualify软件，我们能够做我们能做的一切来确保该模型代表了理想的实体部件。”
       该处理过程会从ETS已经签约数字重构的同一部件的不同样品开始。这些样品能够为量化差异提供足够的数据，不会使得扫描和数据处理消耗过多的时间。
       通过Atos扫描仪对样品零部件进行数字化采集，它利用一束白光投影光束投射在零件的表面上。零部件形状通过位于扫描仪传感器两侧的两个集成的相机进行采集。Atos软件可以在几秒钟之内计算出多达四百万个物点的精确的三维坐标。自动化使得工作更加轻松。

 

　　为了扫描得到整个模型的完整数据，需要通过Atos数次扫描模型的各个区域，并将各个区域的STL文件输入到Geomagic Studio软件中，它可以自动对各次扫描结果进行拼接对齐处理。通过色谱图可以生动地显示出各次扫描对齐过程的偏差，从而使偏差的辨认变得简单。
　　McAfee表示，“"数据集(Datasets)的自动对齐功能使操作变得更容易，而且这不需要任何特殊的技能。”
　　一旦数据通过Geomagic Studio软件对齐，ETS就会通过软件的自动工具修复STL数据、修整网格、并补洞。修整操作完成以后，紧跟着要计算出零部件相关数据的平均值，这是一个关键的步骤，该步骤可以去除异常值并生成一个能反映多次扫描所得平均值的单一的STL文件。
　　如果正在重建的零件是一个叶轮叶片，工程师可以通过Geomagic Studio软件计算出叶片的形心所在的轴。紧跟着就是将相关的数据对齐到发动机其他的部件使用的世界坐标系中。

使参数化设计更加完美
　　下一步的工作是一个被称作"混合建模"的过程，在这一过程中， 通过将Geomagic的特色功能与CAD软件相结合，建立一个参数模型。
　　传统的CAD通过定义2D或3D的实体结构序列来创造模型，被称为参数化建模(prescriptive modeling)，CAD操作员通过指定实体的参数来控制正在建立的实体模型的形状，从而创造设计新的模型。
　　传统的CAD模型使得从无至有的建模过程更加便利，但在重新构造复杂曲面的过程中，该方法存在的缺陷就显现出来：它需要耗费大量的时间和精力，而且不能确保模型的精确性。在某些情况下，由于难以确定和量化控制物体形状的参数，我们几乎不可能通过以特征参数为基础的方法来重建曲面。

应用Geomagic Studio软件和CAD软件通过混合建模建立的叶轮叶片CAD模型

 

ETS采用Geomagic Blade软件提取叶轮叶片横截面的特征数据

 
 
 
 
 
 

　　混合建模提供了一种方案来解决传统CAD在重构复杂曲面时存在的缺陷。几何形状的基本参考数据-如相关基准、曲线和原始特征-可以通过三维扫描数据进行测量和提取。数据可以轻易的在CAD与Geomagic Studio软件之间传递，并对各个程序所获得的最佳结果进行取舍。
　　在Geomagic Studio软件内，ETS使用混合处理的方法将数字模型的横截面做平面截面或曲线截面切（Section），并把它输出为IGES的文件然后输入到CAD软件中，在这里，曲线将被放样以创建表面和实体的相关参数。
　　参数化模型将以一个IGES文件的形式输出，然后输入到Geomagic Qualify软件中，在这里通过CAD得到的表面将与通过扫描实物部件所得到的数据的平均值相比较。根据比较结果，曲线将在CAD中被修正，重构表面，并再次与扫描数据比较。这个过程将反复进行，直到CAD模型和扫描数据的匹配结果达到一个特定的公差范围内为止。
　　一旦CAD模型完成，ETS将使用用于检查叶轮叶片的专门软件即：Geomagic Qualify软件和Geomagic Blade软件，来确定尺寸。Blade软件将提取涡轮叶片横截面的具体特征参数-如LE半径，最大厚度和弦长。接着，Qualify软件将根据这些信息提供尺寸，以用于构建CAD模型。该完整的尺寸参数模型即可用于初步制造。

分析并报告趋势
　　在经过一个短期的生产制造以后，ETS将抽取百分之十的零件作为样品，并使用Geomagic Qualify软件进行首件检验并做出趋势分析。Qualify软件可以一次性的批量处理10个或10个以上的扫描数据。结果将以ETS在Qualify中定制的Microsoft Word模版报告的形式输出。Qualify提取这些结果，并自动生成Excel模板的趋势分析统计报告，一次生成40个或更多。免费的Geomagic Review软件主要用于趋势报告的内部共享和与未获得Studio 或 Qualify许可证的客户共享。
　　作为检测和质量控制流程的一部分，ETS将故障诊断纳入组合方案。例如，客户要求ETS检测一个具有很多扭转的涡轮叶片存在的问题，在制造模具之前，蜡模测试的结果是该模型会在凝固过程中变形。ETS 采用Geomagic Blade软件的2D扭曲分析功能确定各个截面部位的扭转和位移，然后计算出夹住蜡模并阻止蜡模变形所需的力的大小。
　　新的数据提取和趋势分析的能力，在许多ETS项目中也发挥了关键作用。
　　McAfee表示，“只要我们能够让样本零部件误差限制在所允许的公差范围内，我们通过报告的方式检测部件并进行趋势分析的能力，使我们能够验证维修工作符合要求、能评估PMA符合性并且能够保证质量”。
　　在过去，必须对每个样品的各个截面逐一进行数据提取和趋势分析，得出二维数据，然后将相关的尺寸汇编在一个电子表格里，最后做手工的趋势分析-这个过程序大约需要花费几个星期的时间。拥有了ATOS扫描仪和Geomagic Qualify软件，大量的采样工作可以在短短几天内自动处理完成。

超越逆向工程
　　逆向工程和三维检测技术和ETS的专业知识在实践中的应用已经远远超出了典型的逆向工程技术的范畴。不仅使顾客具备了复制有关的原始涡轮零件的能力，还使客户能够找出办法来改善现有的零件、消除制造异常、确保生产的同一零件的不同个体之间的一致性、以及为未来改进性能的设计方法变更的试验。
　　McAfee说：“除了复制，还有很多更有价值的东西值得我们去做。我们正在挖掘其应用深度，现在它已经包含了可用于为部件在寿命周期内提供持续改进的数据”。
　　如今，Geomagic Studio 10新增一个最新的Fashion做面模块，使曲面造型又有质的飞跃。此模块使用最新的生成曲面方法，做成的曲面质量更加光顺，而且可以自动或手动将模型中的各个曲面归类（平面、柱面和其他），使其含有CAD的特征。选取全部或部分的曲面进行处理，使用各种工具和参数控制曲面拟合，由平面、柱面、锥面、拉伸面、旋转面和自由形状曲面组合创建出单一缝合曲面，提取优化的轮廓曲线，使用检测选项、顺序察看命令或可视化工具分析曲面拟合结果，最终将轮廓曲线或准CAD曲面导出为IGES或STEP文件进行其他处理。