便携式测量的力量：三维激光扫描如何从始至终增强金属成形过程
作者：Orlando Perez，FARO Technologies 产品营销总监
金属成形作为金属加工的一个分支和制造部分，是一个基础过程，涉及到各种部件装配：从家用消费品的金属冲压，到飞机和汽车的很多组成元件。面对如此多利害攸关的产品和数十亿美元的生产线，精确性、精度和可重复性成为关键所在。
这一点在以下环境中尤为明显：随着美国走出 Covid-19 疫情，2019 年估值 2200 亿美元的全球金属冲压市场预计 2020-2027 年复合年均增长率将达到 2.8%；2019 年估值 840 亿美元的全球金属锻造市场预计同期增长 5%。同样，其他经济行业也将感受到国际经济的复苏，国际货币基金组织期望国内生产总值增长 6%，这一数据超过其 1 月份的预测。在这样的增长环境下，生产故障、代价高昂的返工、产品超出公差范围和安全问题都不能发生。
因此，采用非接触式便携式测量 ScanArm 技术的三维激光扫描，连同其质量保证和检测软件，仍是质量工程师的必备工具，它们可以保证不仅单个部件匹配最初的 CAD 设计或蓝图，就连用于塑造最终成品的冲压成型机器和基于模具的机器也同样按照既定规格运行。无论是冲压（本质上是一种变形过程，反映了材料通过施加高压而改变形状但未被破坏的能力）还是锻造（通常类似于开模或闭模中的“火冲压” [想象一下：高温]），都是如此。
解除“压力”
得益于最新的 ScanArm 技术以及多轴扫描转盘平台，精确测量从未如此快速或轻松。转盘平台的工作方式很简单：一个铰接式便携坐标测量臂 (PCMM) 搭配一个非接触式激光器，此激光器可以实时测量 X、Y、Z 坐标，并在虚拟环境中将三维数据数字化。ScanArm 的工作方式：被扫描部分将反射回激光光谱，光谱进入记录数据的相机，创建出一个三维点云、一个数字化模型，模型中包含被扫描的整个表面的 X、Y、Z 坐标。
ScanArm/激光器和转盘这两种技术相结合，再加上功能强大的用户友好型软件，可以：快速识别偏离标称条件的组件功能（允许在出现超出公差的情况之前，及时进行设备调整），执行过程中检测组件，甚至为没有相关蓝图或 CAD 图纸的反向工程部件捕捉精确的数字测量数据。
从金属成形工作流程的角度看，如今先进的三维计量硬件和软件解决方案大大简化了这一曾经繁琐的过程，让其不再依赖卡尺和侧微计等容易出错的手动工具来完成耗时的任务。也就是说，如果能实现的话。就其本质而言，冲压金属是一项复杂的多步骤操作，可创造出多种多样的产品，其中很多产品都包含难以测量的“有机”或不规则几何体。
即使是固定式坐标测量机，也难以达到标准。与同类设备便携坐标测量臂不同的是，坐标测量机体积庞大，不能移动，需要先进的工程编程专业知识，还需要保存在专门的温控计量室中。也许最重要的是，固定式坐标测量机无法在制作过程中测量部件（或机器）；制造出的组件必须运输到坐标测量机处，这会造成检测瓶颈，产生额外的成本。
例如，在汽车制造中，冲压涉及到制造车身面板、框架、门和一些小组件。飞机也需要大量冲压部件，包括：结构组件、制氧系统、军用飞机机箱和外壳、继电器、开关和照明系统。评估金属成形过程以及三维激光扫描如何在全程每一步发挥作用时，必须考虑以下几个因素：
- 冲压对设计功能的影响 – 冲压部件是否在 CAD 模型的规定公差范围内？这适用于首件检测以及后续检测。
- 冲压部件是否符合规格 – 来自扫描软件的数据可以输入到统计流程控制 (SPC) 系统中，该系统可以帮助确定部件是否会超出公差范围。
- 模具是否能始终如一地生产相同规格的部件 – 或部件是否会因为工具磨损而超出公差范围？如果是，则应及时对模具本身进行三维测量检测。
- 满足安全第一要求 – 部件是否安全并能工作？是否符合行业特定要求或国家要求？
- 需要多长时间 – 生产和质量控制需要多长时间？提高产量的同时降低废料有何价值？
工作流程魔性运行
如上所述，三维激光扫描可以而且应该在金属成形工作流程中发挥不可或缺的作用。在产品从开始到完成的每个步骤中，激光扫描都可以极大地提高测量的速度和质量，无论是测量对单个/组成部件，还是测量机器本身。
回过头来，看看下面对金属成形工作流程的一个简单分解：
步骤 1 工程设计：设计工程师和金属加工工人设计制作出各种形状和物体时，工程设计过程即开始。设计的形状包括圆顶形、圆锥形、半球形、正方形、眼球形或椭圆形。制作出来后，这些形状随即用于制造金属成型模具。
步骤 2 批准和行动：制作出经批准的产品图纸和模具后，流程转移到金属冲压团队。在这里，工作人员评估产品图纸，决定使用哪种金属冲压工艺和设备。
步骤 3 自定义工作：图纸、模具和计划就位后，金属冲压随即开始。所需的具体工具和子步骤取决于要冲压的产品，以及使用的材料和生产尺寸。
步骤 4 装配：根据产品的复杂性，可能会有装配流程，即：将组件部件装配到已冲压的产品中。这一流程中，可能需要进行粘合、焊接或弯曲。至关重要的是，在装配后，所有产品在完成前都要进行精度检测。这正是三维激光扫描解决方案经证实最重要之处，它有助于在提高效率的同时降低成本。
步骤 5 完成：装配完后，即可通过加工完成产品。加工可能包括攻丝、钻孔、锯切、铣削、研磨，甚至喷砂。任何涂漆、密封或涂底漆操作都可以完成加工过程。
对第三季度困境说“不”
在检查完所有这些步骤后，最终检测确保金属成形产品已可供公众或工业使用，并且产量也通过减少机器停机时间和降低材料浪费成本得到提高，从而最大限度地增加收入。
很多世界顶级经济学家表示，在从本月（7 月）开始的 2021 年第三季度，世界将开始蹒跚着迈出恢复正常的步伐。这时，全球经济真正开始积聚动力，以实现 6% 的增长预期。
随着美国消费者开始耗尽他们的“Covid 缓冲”（彭博经济估计美国民众在缓冲期内节省了 1.3 万亿美元，现在是时候让金属成形行业全速运转了，该行业应该满怀信心地相信，无论他们生产出什么产品、用什么机器生产产品，产品和机器都在预期的公差范围内运行。实现这一基本质量控制基准的最佳方法是，使用三维激光扫描解决方案及其配套软件产品。
便携式测量的力量从未如此强大。