快速定量地測(cè)量凹凸板3D形狀的方法

有凹凸形狀的板材被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景。具有各式各樣的用途和功能，例如隔熱性、緩沖性、防振性、吸水性、防滑、抗彎曲性、易擦拭性、手感好、美觀等。材料和制造方法也多種多樣，可以通過(guò)縱橫線(xiàn)編織的紡織工藝精心制作，也可以在無(wú)紡布或平坦的紙上通過(guò)實(shí)施凸印、涂布等加工，為基材賦予凹凸形狀。不過(guò)，若凹凸高度不符合預(yù)期，或高度和深度有偏差時(shí)，可能無(wú)法發(fā)揮目標(biāo)功能。
下面將對(duì)板材凹凸相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、凹凸測(cè)量的課題、解決課題的測(cè)量方法進(jìn)行解說(shuō)。

■何謂凹凸板

表面形狀凹凸的板材按其凹凸情況，具備各種功能。其使用目的、功能、材料和尺寸、凹凸形狀、圖案、加工和制造方法各有不同。設(shè)置了凹凸形狀的板材用途非常廣泛，如航空航天相關(guān)材料、汽車(chē)和電氣產(chǎn)品等工業(yè)產(chǎn)品部件、日常生活中的日用品以及醫(yī)療與衛(wèi)生用品。

■凹凸板的種類(lèi)

凹凸板可通過(guò)將表面制作成立體形狀來(lái)增加表面積。靈活利用該優(yōu)點(diǎn)，制作出種類(lèi)繁多、功能多樣、用途廣泛的凹凸版。下面列舉一些具有代表性的例子。

·       隔熱板：在凹凸形狀中容納帶熱氣或冷氣的空氣，緩和溫度差。安裝于室內(nèi)外有溫度差的屋頂和窗玻璃等，減少對(duì)室溫的影響，防止結(jié)露。

·       散熱板：利用板材凹凸發(fā)揮類(lèi)似散熱器的作用。例如，散熱用途包括小型電子設(shè)備內(nèi)部的CPU、主板、功率晶體管、電源部件的散熱等。

·       緩沖材料、防振材料：利用凹凸形狀的橡膠、聚氨酯等軟質(zhì)或有彈性材料的板材，吸收沖擊和振動(dòng)。常用于提升汽車(chē)的靜音性和乘坐舒適性等。

·       吸水板：通過(guò)凹凸增加表面積、提升吸水性的板材。

凹凸板還用于工業(yè)產(chǎn)品、日用品、醫(yī)療和衛(wèi)生用品等除上述之外的多種產(chǎn)品。例如，有時(shí)會(huì)因?yàn)槿菀撞潦梦酃浮⒎阑⒎乐官N合、美觀等各種目的，設(shè)置凹凸形狀。

■凹凸板的加工、制造

凹凸板的制造工序和加工技術(shù)也多種多樣。若是紡織品，可根據(jù)其間距、縱橫線(xiàn)的粗細(xì)等，賦予目標(biāo)功能。另一方面，若是用紡粘法和水刺法制作的無(wú)紡布以及表面平滑的樹(shù)脂與紙制板等，可通過(guò)凸印或凹印加工以及圖案涂布、蝕刻等工藝，賦予各種各樣的凹凸形狀和功能。
下面將解說(shuō)其中較具代表性的一種加工方法，即“凸印/凹印加工"的原理。

?何謂凸印/凹印加工

凸印/凹印加工也被稱(chēng)為“浮雕加工"，是用金屬或樹(shù)脂材料的凸版和凹版夾住作為材料的板材，或者將凸版從上向下按壓，加工成凹凸形狀的方法。
通過(guò)用印版（模具）從上下夾入，形成高于材料表面的凸形狀稱(chēng)為凸印加工，形成低陷的凹形狀稱(chēng)為凹印加工。此外，用1塊凸版從單面方向?qū)Σ牧媳砻媸┘訅毫Φ募庸しQ(chēng)為“壓凹加工"。以下分別用示意圖來(lái)表示各自的原理。

·凸印加工

·凹印加工

·壓凹加工

■凹凸板的質(zhì)量管理和競(jìng)爭(zhēng)力

除特殊類(lèi)型以外，凹凸板基本上均要求具有均勻的凹凸圖案。若板材整個(gè)表面上的凹凸高度和深度不均勻，可能無(wú)法獲得目標(biāo)功能和外觀，成為不良品。
凹凸形狀較小時(shí)，不能通過(guò)目視進(jìn)行有關(guān)凹凸均勻性的評(píng)估。在線(xiàn)檢測(cè)中，即使能判斷板材的大致形狀、傷痕、折斷、褶皺、異物等，也不適合詳細(xì)測(cè)量微小凹凸的高度和深度。

此外，高功能板材的產(chǎn)品周期很短，為提升競(jìng)爭(zhēng)力，從研究開(kāi)發(fā)到試制、評(píng)估、產(chǎn)品化的速度十分重要。各階段中高效、高精度地評(píng)估會(huì)在速度上產(chǎn)生顯著差異。

■測(cè)量凹凸板形狀的課題

盡管制造方法和加工方法種類(lèi)繁多，但準(zhǔn)確測(cè)量板材的凹凸形狀對(duì)于產(chǎn)品性能、質(zhì)量、工藝的評(píng)估來(lái)說(shuō)非常重要。但是，使用接觸式形狀輪廓測(cè)量?jī)x等進(jìn)行接觸式測(cè)量時(shí)，在板材凹凸測(cè)量中存在以下課題。

?使用形狀輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量凹凸板形狀的課題

形狀輪廓測(cè)量?jī)x是使用被稱(chēng)為探針的觸針，沿目標(biāo)物表面移動(dòng)，對(duì)其輪廓形狀進(jìn)行測(cè)量、記錄的裝置。
近年來(lái)還出現(xiàn)了用激光代替觸針，通過(guò)非接觸式的輪廓描繪，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀測(cè)量的機(jī)型。部分機(jī)型還能進(jìn)行上下兩面的測(cè)量。

使用形狀輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量和評(píng)估凹凸板存在以下課題。

·       因?yàn)槭怯镁€(xiàn)描摹目標(biāo)物進(jìn)行測(cè)量，所以很難測(cè)量和評(píng)估大范圍變形。

·       無(wú)法全面掌握目標(biāo)物表面整體的凹凸形狀。

·       為了盡量擴(kuò)大測(cè)量范圍，需要描繪多條測(cè)量線(xiàn)，測(cè)量最大和最小凹凸，相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間。此外，測(cè)量線(xiàn)的偏移等會(huì)造成測(cè)量值不穩(wěn)定。

■凹凸板形狀測(cè)量的課題解決方法

接觸式測(cè)量?jī)x以線(xiàn)或點(diǎn)為單位進(jìn)行測(cè)量，因此難以掌握板材的凹凸形狀。除此之外，還不易獲得目標(biāo)物整體上各個(gè)凹凸的最大值和最小值，也難以立即實(shí)施定量比較。

為解決這些測(cè)量課題，基恩士開(kāi)發(fā)了3D輪廓測(cè)量?jī)x“VR系列"。
以非接觸的方式，以“面"為單位來(lái)準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)物的3D形狀。此外，最快1秒完成載物臺(tái)上目標(biāo)物的3D掃描，高精度地測(cè)量三維形狀。因此，測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生偏差，可瞬間實(shí)施定量測(cè)量。下面具體介紹這些優(yōu)點(diǎn)。

?優(yōu)點(diǎn)1：最快1秒。用“面"一并取得目標(biāo)物整體的3D形狀

即使對(duì)于軟質(zhì)、精巧的薄型凹凸板，“VR系列"也能夠以非接觸方式，一鍵獲得80萬(wàn)點(diǎn)的“面"數(shù)據(jù)，甚至只需要最快1秒。用彩色圖表現(xiàn)已取得3D形狀的最大和最小凹凸（高度和深度），因此可將目標(biāo)物整體上變形的位置“可視化"。

對(duì)于掃描后的數(shù)據(jù)，可憑借直觀操作，在各個(gè)位置描繪多條輪廓線(xiàn)。可準(zhǔn)確測(cè)量輪廓，所以能夠迅速獲得凹凸形狀異常位置的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
測(cè)量后不必再次安裝、再次掃描目標(biāo)物，可根據(jù)以往經(jīng)3D掃描后的大范圍數(shù)據(jù)，對(duì)其它位置進(jìn)行輪廓測(cè)量。

除此之外，還可使用加工條件不同的多個(gè)凹凸板測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行形狀比較，或?qū)⒛繕?biāo)條件統(tǒng)一應(yīng)用至多個(gè)數(shù)據(jù)。
由此，不僅能準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)估，還飛躍性地縮短了工時(shí)，提升了工作效率。

?優(yōu)點(diǎn)2：操作簡(jiǎn)單，新手也能取得無(wú)偏差的測(cè)量值

將目標(biāo)物放置到載物臺(tái)上，通過(guò)只需按下按鈕的簡(jiǎn)單操作，即可測(cè)量3D形狀。
可切換低倍率/高倍率相機(jī)，即使是凹凸形狀微小的板材，也能用1臺(tái)設(shè)備準(zhǔn)確測(cè)量整體以及凹凸形狀的細(xì)節(jié)和表面粗糙度。

此外，根據(jù)目標(biāo)物的特征數(shù)據(jù)自動(dòng)完成位置補(bǔ)正，因此無(wú)需嚴(yán)格的水平調(diào)整和定位。此外，還配備了“Smart Measurement功能"，可判斷目標(biāo)物的大小，并自動(dòng)設(shè)定測(cè)量范圍和移動(dòng)載物臺(tái)，免去了設(shè)定測(cè)量長(zhǎng)度和Z范圍等麻煩。

通過(guò)使用豐富的輔助工具，可直觀地設(shè)定目標(biāo)測(cè)量?jī)?nèi)容。
除簡(jiǎn)單設(shè)定外，還實(shí)現(xiàn)了新手也能得心應(yīng)手的簡(jiǎn)單操作，因此，即使是對(duì)測(cè)量不熟練的人員，也能在最快1秒內(nèi)準(zhǔn)確完成測(cè)量。因此，除研究開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)、評(píng)估等時(shí)候以外，還在量產(chǎn)時(shí)的測(cè)量和檢測(cè)中輕松實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)增加和趨勢(shì)分析。

■總結(jié)：對(duì)難以準(zhǔn)確測(cè)量的凹凸板形狀測(cè)量進(jìn)行飛躍性改善和高效化

采用“VR系列"，可通過(guò)高速3D掃描，以非接觸的方式迅速、準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo)物的3D形狀。不僅可測(cè)量板材凹凸的三維尺寸，甚至是微小的高度和凹凸的測(cè)量、多個(gè)數(shù)據(jù)比較等有難度的作業(yè)，也能在短時(shí)間內(nèi)完成。
通過(guò)引進(jìn)“VR系列"，解決了各類(lèi)測(cè)量課題。

·       以非接觸方式瞬間完成3D掃描，柔軟的目標(biāo)物也能快速、準(zhǔn)確地測(cè)量。

·       利用彩色圖，使目標(biāo)物整體的高度差異“可視化"。

·       輕松比較多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)一應(yīng)用條件，飛躍性地提升了工作效率。

·       只要掃描過(guò)一次，即可在各個(gè)場(chǎng)所利用以往的數(shù)據(jù)測(cè)量輪廓、比較多個(gè)數(shù)據(jù)等。

·       無(wú)需定位等操作，實(shí)現(xiàn)只需在載物臺(tái)上放置目標(biāo)物后按下按鈕的簡(jiǎn)單操作。避免了配置專(zhuān)人執(zhí)行測(cè)量作業(yè)。

·       簡(jiǎn)單、快速、高精度地測(cè)量3D形狀，因此可在短時(shí)間內(nèi)完成多次測(cè)量。有助于提升質(zhì)量。

·       通過(guò)簡(jiǎn)單操作和自動(dòng)控制，消除人為導(dǎo)致的測(cè)量值偏差，實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量。

另外，還能進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，例如與CAD數(shù)據(jù)的比較、公差范圍內(nèi)的分布等，因此除了研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等階段以外，還能在投入量產(chǎn)后的抽取檢測(cè)、不良發(fā)生時(shí)的原因調(diào)查等凹凸板制造的各種場(chǎng)合中有效運(yùn)用。

基恩士 3D輪廓測(cè)量?jī)xVR-6000系列

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