作随着Miniature Precision Components (MPC)的主要产品（即PCV阀、连接器、管件、配件、储液罐、加油口盖等）成为利润率不断下降的商品项目，MPC开始向汽车制造商提供新产品；这些产品包括刻有标识的发动机罩。
与几乎所有MPC先前出品的产品相比，它们都是风格鲜明的零件：半球形、有凸饰或有凹槽。它们是汽车制造商所谓的“外观”零件：经销商展厅中的买家一定会注意到它们。因为这些零件比MPC之前制造的任何零件都要大几倍，所以收缩和翘曲为质保带来了全新的艰巨挑战。
为了如期开始生产，工程师不得不在极短的时间内，凭借极少的数据做出关键的工具和工艺决策。 收缩和翘曲问题本身就很容易超出整个公差预算。 不可避免的成型加工变化会使零件进一步超出规格。 对于汽车制造商而言，时间始终是商务关系中至关重要的因素。 在收到模具后，MPC只给自己留出四周时间就开始生产和提交样品零件。
尺寸需要在+/- 5毫米的公差“预算”范围内才能适应所有工艺、材料和工具的变化。
通过下列方式应对收缩和翘曲：
● 修改零件成型工具
● 制造冷却夹具
● 放松零件公差
● 改变成型工艺
选择并实施其中任何一项都会轻易耗费四周的时间，不会留出进一步的故障排除时间。 “四周是我们拥有的唯一窗口期，我们必须在这个周期内调整和稳定成型工艺，”Clark说，“而且我们必须要应对的事情远不止收缩和翘曲。”
MPC使用ShapeGrabber 3D激光扫描仪和基于点云的检测软件PolyWorks[1}®{2]解决收缩和翘曲问题，该软件由InnovMetric Software出品。精明的MPC管理层，运用此解决方案实现了两项竞争优势： 更快的上市时间和更高等级的质量保证！
在收缩和翘曲方面，注塑成型人员面临的最大困难是它们的成因各不相关。 收缩与材料有关；它的范围从2%到14%不等，并且不同批次的树脂之间可能有所不同。 翘曲与冷却以及设计师对厚薄部分的使用有关。 要成功克服这些尺寸和公差挑战，需要开展大量分析和计算，还要加上多年的从业经验。
模具制造商开始设计一种新工具，该工具具有从塑料树脂的材料安全数据表(MSDS)中估算的收缩值。 为了应对翘曲问题，模具制造商运用了其浇口、通风口和注水管线领域的知识。 然而，在建造和运行工具之前，收缩和翘曲只是有根据的猜测。
在进行激光扫描和基于点云的检测之前，注塑成型人员没有全面而快速的曲面检测工具。 最可行的方式是使用坐标测量机(CMM)的接触式探测、模流分析和摄影测量。 但是这些方式均存在不足。
接触式探测会遗漏微小的隆起、下垂，以及Clark指出的“更细微的事情，例如一对X和Y点的俯仰角发生翘曲偏移，这会扭转另一个点，使其超出Z公差。” 因此彻底检测一个曲面需要500,000个三维(3D)点，有时候需要一百万或更多的点，而不是接触式探测提供的几百个点。 Clark还补充说：“CMM需要七个工作日来安排一项作业，再用两天时间开展测量，之后还需要五天时间处理全部数据。 由于CMM总是处于忙碌状态，我们可能需要再等待七天才能在队列中获得一个位置。 因此采用逐点方式，我们最多只有两次尝试的机会-去完成任务。”
模流分析是一种计算机模拟，它根据工具浇口的位置和尺寸预测树脂的收缩和翘曲方式。 这种方法存在三个主要缺点：
● 使使用的是名义尺寸，而不是零件的实际检测数据；后续的模具修改不容易适应真实零件。
● 翘曲的预测仅是理论和数字的预测。
● 超出模流的虚拟领域时，就需要进行改进，但模具制造商可能拒绝提供改进。
像任何模拟一样，模流分析包含可能在现实世界中不成立的隐含假定和数值。 “我们需要知道模具中实际发生了什么，而不是假设发生了什么，”Clark说。 模流分析的成本也很高，每个工具高达12,000美元，而且在分配的四周内，通常要耗费其中两周的时间。
摄影测量实际上使用高分辨率摄影技术进行测量。 摄影测量捕获的曲面，比激光扫描仪捕获的曲面大几倍，但可能需要接合目标才能对齐。 将照片数字化后，可以轻松将它们与下载的CAD文件进行比较，或者可以将它们作为曲面补丁上传至CAD文件。 他们将摄影测量作为一种替代方案进行了试用，检查发动机真空线束的夹具和量规。 “检测的问题在于，每台发动机的夹具和量规都不一样，”Clark说道， “我在这里工作的13年里，我们已经购买了一千多台量规，总共花费了大概350万美元。 它们是黑色的零件，即使能够拍照的话，拍摄效果也很差，”他补充说道，“而且我们的Z轴一直存在环境光和深度感知问题。”
为了检测塑料零件，MPC使用ShapeGrabber Ai810C扫描仪。 通过这台多轴3D扫描仪，用户只需点击一下鼠标，即可请求完整的零件扫描：系统将完成其余工作。 这种易用性是由于使用了多个扫描轴（水平和垂直）以及用于放置零件的第三个旋转轴。 所有这些轴都校准到同一参考系中，以便自动对齐多个扫描。 通过提前为给定零件设置所需的扫描，可以轻松地自动完成整套扫描工作。 由于扫描头的景深(DOF)非常大，所以只需要几分钟时间即可完成设置过程。 这种大DOF允许使用简单和直观的图形用户界面设置扫描，因为它不必像其他大多数扫描仪一样，严密遵循零件的复杂轮廓。 扫描头的数据获取速度在18,000到150,000 pts/s之间变化，因此只需几分钟时间即可生成代表零件的完整点云。 然后，PolyWorks|Inspector™可以轻松处理这个数据文件，以完成检测过程。 这种扫描仪兼具速度和易用性优势，使更多用户能够使用它，并且缩短了设置和检测时间，与替代方式相比，检测成本大幅降低。
MPC需要的数据只需要15分钟就能获得，而不是几天
现在，MPC的发动机罩检测通过PolyWorks|Inspector中的公差全彩图来完成。 PolyWorks将扫描仪获得的数百万个数据点与参考CAD模型进行比较。 MPC专家在PolyWorks中设置公差，以确定数据点和CAD模型之间可接受和不可接受的偏差。 偏差显示使用了从红色（正公差，材料太多）到蓝色（负公差，材料太少）的整个色谱。 由于彩图的公差带是可调节的，因此它是进行假设分析的绝佳工具。 “彩图让我们看到模具内部的实际情况，改变一个公差会影响到哪些曲面，以及有多大影响，”Clark解释道。 “彩图真正向我们展示的，”他补充道，“是塑料零件在模具内的浮动方式。 我们知道，零件的材料会收缩到适当的尺寸，冷却过程中的翘曲会使它变成设计师所要求的形状。” 如果MPC工程师需要检查检测布局中最初未指定的一些内容，他们只需点击数据中的点或通过重新扫描添加点即可。 无论哪种情况，都只需要几分钟即可完成。 而过去，必须对CMM进行重新编程。 “即使添加一个接触式探测点，也必须从头开始，”Clark说。 “这样做需要的时间绝不会少于两天。”
对于MPC及其客户群体中的用户而言，ShapeGrabber和PolyWorks是唯一可以实现如下功能的系统：
● 与生产速度和检测频率保持同步
● 通过用于认证检测系统的标准的重复性和再现性(RR)测试
在RR测试中，一位操作员对10个零件的一个特征进行三次测量。 然后，另一位操作员对相同的10个零件的同一特征进行另外三次测量，然后比较结果。 PolyWorks和ShapeGrabber成功通过了这些测试。
所有其他基于激光的方法都太慢了。 它们都无法在两三个小时内收集到必要的数据。
“在几分钟之内，而不是两或三周时间，扫描就为我们提供了我们需要的所有曲面数据，使我们可以在各种生产选项中做出选择，”Clark说，“我们几乎能够实时从PolyWorks中获得对齐和格式信息。最后，我们有足够的时间做出艰难的生产决定。”他补充说：“由于我们可以如此迅速地收集所需的所有尺寸和公差数据，因此我们还有几天时间来设计和分析每项工作。额外的时间为我们提供了巨大的帮助，我们可以决定是否寻求更宽松的公差、修改工具、以某种方式改变工艺或制造冷却夹具。”获得的时间也意味着工程师可以回顾过去的工作。这可能包括新样品零件批次中的可疑区域。“ShapeGrabber和PolyWorks在整个设置过程中都为我们提供了帮助，”Clark指出，“我们相信MPC通过ShapeGrabber和PolyWorks实现了两周的投资回报(R-O-I)，”他补充说，“它们给我们带来了两项新的竞争优势：坚如磐石的质量保证和迅速的生产启动。通过3D扫描和基于点云的检测，我们现在拥有额外的几天时间可以做出关键的业务决策。ShapeGrabber和InnovMetric在整个设置过程中都为我们提供了帮助，”Gregory Clark解释说。
对于一项新技术有效性的真正考验是，它带来的收益是否超出了用户日常工作中的需求。 在大型企业中，这些收益体现为更快地开始生产、更多的工程和分析时间以及增强的方法灵活性。
这项解决方案能够：
● 改善质量保证，帮助MPC确保在将样品提交给客户之前按要求将零件模铸成型。
● 消除许多额外的尺寸检查，从而可以更快地锁定生产所需的工具和工艺。
● 增强的检测灵活性，可以评估更多的生产选项，并有更多时间进行模具设计和试用；这直接转化为MPC的新竞争优势：更快地制造更好的零件，以及更满意的客户。
● 缩短产品上市时间，当竞争对手耗费数天或数周时间进行接触式测头检测时，MPC只需几分钟即可在曲面上收集五十万到超过一百万个点。
● 更强的新市场渗透能力。
从那些很少被看到、完全的功能性零件转变到风格鲜明的、呈现在买家面前的发动机罩, MPC实现了一步飞跃。
