AST： 利用 Geomagic 恢复铁路铸件的传统设计图档

AST 接到一项高难度的客户委托：根据 40 年前的图纸对铁路夯锤铸件进行逆向工程，这些图纸甚至与实际铸件相差甚远。
 

现在我们有这样一个挑战任务：根据 40 年前的图纸对铁路夯锤铸件进行逆向工程，这些图纸甚至与实际铸件相差甚远。使用扫描仪不可能捕获所有表面，您需要发明几种新方法来创建数字模型并验证其准确性。最重要的是，您的最终产品 - 一套完整的精确数字模型，可用于制造新铸件，包括型芯和型芯盒 - 必须在两周内交付。

对这种情况的典型反应是质疑提出建议的人是否理智，并将你的注意力转回现实世界。但在这种情况下，请求是向Advanced Simulation Technology (AST) 提出的，该公司以利用技术在客户需要时提供所需的产品而闻名，无论客户的要求多么严格。

AST 为该项目提供了必要的独创性，关键技术组件来自 3D Systems / Oqton 的 Geomagic软件，这使得在两周的期限内从现有的篡改器生成准确的数字模型成为可能。

倾听客户需求

夯实机在新铺设的铁轨下压实砾石。振动头的工作原理就像手提钻一样，敲击砾石，在轨道的直线部分提供水平的道床，并在曲线上提供适当的高度。

位于弗吉尼亚州罗阿诺克的 HUB Corp. 被北卡罗来纳州夏洛特市 Southern Cast Inc. 授予加工新型夯锤铸造模型的任务。 HUB 曾与 AST 总裁 Chip Potter 合作过之前的项目，并知道他的天赋超出了实施技术的能力。

“Chip当然拥有技术知识，但关键是他倾听客户的需求，”与兄弟约翰共同拥有 HUB 的唐·克洛特 (Don Cloeter) 说道。

AST 专注于设计和制造的分析建模，包括 HUB 项目的两个关键领域：实体建模与 NC 加工的接口，以及大型复杂零件的扫描和表面处理。

（AST 使用 Geomagic Design X 对夯锤铸件进行逆向工程，从平行或垂直于对称平面创建的平面切割截面；生成的模型使 AST 能够在 Pro/ENGINEER 中快速创建参数化模型）

夯锤铸造项目始于两种原始资源：40 年前的图纸和现有铸件。

图纸仅提供了基本尺寸。没有关于使模型能够从砂模中取出而不损坏的拔模角度的信息。内部特征、不同的地板深度和定义平滑边缘的混合半径是图纸未定义的几项关键数据。

另辟蹊径

AST 首先使用 Capture3D 的 GOM ATOS IIe 扫描仪收集铸件尽可能多的表面上的数据。 ATOS 扫描仪使用白光将条纹图案投射到物体表面。这些图案由位于扫描仪传感器头两侧的摄像机捕获。

AST大约花了一天半时间完成扫描。由于需要移动 300 磅重的铸件以捕获尽可能多的表面数据，因此该过程比平常更加艰苦。扫描仪检测到铸件有许多表面缺陷，并且无法捕获法兰和内孔下方的内表面。

来自 ATOS 扫描仪的多边形数据被引入 Geomagic Design X，该软件被世界各地的制造商用来将 3D 扫描数据转换为精确的模型，以供下游 CAD、制造和工程分析使用。

AST 在 Geomagic Design X 中清理了模型，去除了孔洞，平滑了表面，并自动填充了扫描仪未捕获的部分。下一步通常是从多边形模型生成 NURBS 曲面模型。但是，工作要求导致 AST 采用了不同的方法。

AST 不是从多边形生成曲面，而是使用 Geomagic Design X 根据对其可能位置的有根据的猜测来自动创建对称平面。然后，AST 从平行或垂直于对称平面创建的平面上切割部分。

“Geomagic Design X 能够使用我们根据偏移定义的间隔提供精确的对称平面，这对于我们的流程正常运行至关重要。”AST 的研究工程师 Steve Lelinski 说道。

粗略切割的截面被导入 Pro/ENGINEER 中进行对齐并创建尺寸和特征，原始绘图用作概念参考。随着模型的完善，AST 在 Pro/ENGINEER 和 Geomagic Design X 之间来回穿梭。Geomagic Design X 用于将模型切割成越来越小的正交切片，从两英寸的部分开始，逐渐缩小到八分之一英寸。一英寸。随着模型的完善，细节在 Pro/ENGINEER 中进行了检查和修改。

Geomagic Design X 能够使用我们根据偏移定义的间隔提供精确的对称平面，这对于我们的流程正常运行至关重要。

Steve Lelinski

AST 研究工程师

用户体验交互友好

“采用这种方法的最重要原因，”莱林斯基说，“是我们需要一个可以编辑的参数模型。此外，该零件必须是扫描数据和原始图纸的组合。”

Lelinski 表示，完成的表面模型很难更改，而 AST 需要能够轻松快速地修改零件的特征。事实上，一旦模型完成并将其呈现给客户，就需要移动一个功能。由于 AST 创建了一个基于截面的参数化模型，因此更改很容易进行。

“如果我们使用曲面模型，”Lelinski 说：“我们必须从头开始移动多边形并重新曲面，或者分解曲面，进行更改，然后尝试将它们重新合并在一起。这两种选择都既不快速也不容易。”

AST 的剖切方法适用于需要反映绘图意图和物理零件实际细节的模型。莱林斯基表示，使用典型的扫描到表面程序很难获得这种组合模型，而且更改会更加耗时。

“通过使用 Geomagic Design X 中的剖面作为指导在 Pro/ENGINEER 中创建模型，我们能够将特征放在正确的位置，从一开始就具有正确的尺寸和厚度。”他说。

剖面模型的灵活性还使得确定铸造模型的拔模斜度变得容易。 AST 使用扫描数据获取表面顶部和底部的测量值，然后执行数学运算来计算角度。然后将横截面放入模型中时调整角度。

逆向工程中的检测计量

AST 的最后一点独创性是在验证最终模型时产生的。这是通过 Chip Potter 称之为“反向检查”的过程完成的。 AST 使用 Geomagic Control 对照来自篡改铸件的扫描数据检查 CAD 模型，而不是根据 CAD 模型检查竣工零件的典型流程。

（AST 使用 Geomagic Qualify 根据来自篡改铸件的扫描数据检查 Pro/ENGINEER 模型）

Geomagic Control 自动创建的颜色映射视觉结果使您可以轻松查看 CAD 模型和扫描模型之间的偏差。总体而言，除了偏心孔和可变壁厚问题之外，CAD 模型是准确的。

经过大约六次迭代纠正问题、微调拔模角度、确定铸造收缩率并重新检查后，AST 得出了准确的模型。整个过程——从扫描到处理再到验证——在指定的两周时间内完成。

……我没有其他方法可以经济有效地做到这一点，因为图纸并不代表已建成的铸件，……我们在两周内就能够构建一个完整的参数化模型，该模型捕获了 40 年前丢失的设计意图。

Chip Potter

AST 总裁

捕捉闪瞬即逝的设计灵感

没有好的方法可以告诉我们 AST 的流程节省了多少时间，因为没有其他方法可以在合理的时间内准确地再现铸件。

需要进行数百次手工测量才能匹配在 Geomagic Design X 中创建的八分之一英寸截面，而且铸件的曲面使得精确测量变得不可能。坐标测量机 (CMM) 也不适合这项工作，因为探头无法解释物理铸件中的移位、收缩和翘曲。

“没有其他方法可以经济有效地做到这一点，因为图纸并不代表已建成的铸件，”Chip Potter说： “在其他人尝试但失败后，我们得到了这个项目。使用我们的方法，我们在两周内就能够构建一个完整的参数化模型，该模型捕获了 40 年前丢失的设计意图。”

（Pro/ENGINEER 中的最终参数化模型是使用 Geomagic Design X 创建的，用于对实际的夯锤铸件进行逆向工程。）

完成的模型被交付给 HUB，HUB 将其导入 SurfCAM 软件进行修改，例如拉出型芯、为型芯盒创建分割线以及生成适合现有铸件的图案。创建刀具路径并将模型发送到 HUB 的大型 Johnford CNC 机床进行切割。完成的铸造模型经过清理和涂漆，然后在 30 天的截止日期前交付给 Southern Cast。

Keeping it Close to Home

对于 HUB 的 Don Cloeter 来说，该项目证明技能和技术可以经济高效地解决通常被认为无法解决或被派往海外由低成本劳动力处理的问题。

“我对 AST 的工作质量很满意，我的客户对我们的工作也很满意。我认为这表明，如果有机会，使用新技术的熟练专业人员可以以合理的成本解决难题。我们的方法一开始可能看起来比离岸外包更昂贵，但最终，您将为更好的解决方案支付大约相同或更少的费用。”