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浅析3D 扫描在NB 产品中的应用(上)

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一、引言

受益于全球移动办公的需求,笔记本电脑出货量的巨大基数。叠加全球疫情的影响,居家办公提升对笔记本电脑的需求。据统计,2020 年全球笔记本出货量为2.062 亿台,同比增长28.71%。2021 年全球笔记本出货量达2.461 亿台,同比增长19.35%。

图1:2016-2021 年中国笔记本电脑出口数量及增速

在这样的趋势下,如何提高NB 开发、制造水平是个大问题。要想在国际市场站稳脚跟,必须迅速提高NB 开发和制造的效率和精度。但在这过程中,对整个机构的尺寸有很强的要求,如果偏差太大,就可能达不到设计的实际效果。3D 扫描仪开始进入这一行业,有效地解决这一难题。依赖计算机图像处理技术和光学技术,更能立体、完善地展现客观零件的机构尺寸信息,同时也成为研发、制造的重要开发量测工具。

二、3D 扫描简介

3D 扫描是集光学、机电和计算机技术于一体的高新无损检测技术,能够对实物的空间外形、结构乃至色彩进行扫描,将立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号,获得物体表面的准确空间坐标,为实物数字化提供了快捷、精确及方便的手段,提升产品质量,优化工艺流程,促进生产效率。

3D 扫描仪的光源一般为激光。激光以其单色性、亮度高、发散小等优点成为早期三维光学测量系统的首选光源。最新扫描仪的光源为蓝色激光,蓝光的波长更短,并且光源为LED 冷光源,光源能耗更低,抗干扰能力强,以及对环境要求低等特点,已经得到广泛应用。

3D 扫描仪可以实现最高效的全尺寸检测,可自由扫描工件的任意位置,精确分析任意位置的偏差。基于扫描数据,与3D 数模比较,生成颜色误差色谱、偏差注释、尺寸测量、几何公差检测和直观检测报告。

三、3D 扫描技术分类

3D 扫描是一种能够以多种方式扫描物件后,将其实物三维信息转换为3D数字化模型的一种技术,其主要分为两大类型:”接触式”和”非接触式”3D 扫描。这两大类型的区别,顾名思义即有无碰触到物件,碰到的为接触式,没碰到为非接触式。
在我们NB 行业,选用的是非接触式3D 扫描系统。

四、非接触式3D 扫描的测量原理

非接触式3D 扫描:采用最先进的三重扫描和蓝光技术(见图3),投影设备将蓝光光栅投影到工件上,再由左右两个CCD 镜头摄取影像,最后经由软件的高度解析方法,运算出NB 工件的三次元点群。其测量面积为80 x 60mm,测量精度可达8um,结合GOM Professional Inspect 测量软件以及全自动转台可以将点云文件转换为实体模型,利用参数化测量,完成各种元素拟合以及测量,轻松完成重复性测量任务。

图3:蓝光技术+三重扫描技术

五、3D 扫描在NB 产品上的应用

随着3D 扫描测量技术的不断进步,其在NB 产品上的应用的范围越来越广泛,其中比较典型的主要包括:材料厚度分析、工件变形度分析、尺寸管控、卡钩分析、BOSS 柱分析等方面。
下面以NB A cover 为例,对其进行数字化检测分析。在没有3D 扫描介入前,A cover 各项检测多依赖检具和手动量测工具。3D 扫描对A Cover 的整个操作流程如下:
步骤1:A cover 喷粉。ATOS 测量头发出的蓝光没办法直接照射到这三种件:a、透明件;b、高反光件;c、黑色吸光件。所以在扫描之前,需要对被测物体的表面喷涂二氧化钛粉来处理,如下图4 所示:

图4:喷粉

步骤2:通过ATOS 高精度蓝光扫描检测系统进行三维扫描,将A cover 放置在转台的治具,转动转台,进行三维扫描(见图5)。(该工件结构较为复杂,在扫描时每次转动幅度可以相对较小,获取完整数据)
ATOS 采用蓝光技术和最先进的三重扫描,有效改善镜头畸变带来的数据误差,准确获取工件边缘高质量数据。
ATOS 最高精度可达0.008mm,且重复性精度稳定,同时获取的数据细节完整丰富,为后续的三维检测提供高质量的数据基础。

图5

步骤3:再利用GOM Professional Inspect 测量软件可以将STL 点云文件转换为实体模型,与原始设计数据相拟合,快速得到可视化偏差报告

(一)材料厚度分析

曲面材料厚度分析色彩图(见图6),识别凹陷和缩痕的位置,直观反应材料厚度偏差。

图6:材料厚度分析

(二)变形度分析

与CAD 对比的曲面误差色彩图(见图7),完整的显示A cover 样品与CAD的误差分布,翘曲变形。更直观显示变形位置,精准分析周边曲线曲率的变化等,为工艺参数的调整提供明确的方向与数值。使得模具修改,调试,CNC 机加工这几个重要环节能够顺利开展,减少各环节测试的时间与频次,加快NB 整体生产进度,大大提高生产效率。

图7:变形度分析

关于马路科技

马路科技成立于1996年,从逆向工程与快速原型应用整合,今日为华人市场上最专业的3D列印与3D扫描专家于各种产业。

马路科技陆续引进了工业设计(ID)、工业辅助检测(CAV)、雷射加工机设备、公仔设计服务、工程服务等的关键知识与技术。

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