基于GOM環境的筆記本A COVER的測量分析

收稿日期：2023-06-09

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.03.022

摘" 要：從外觀、成本、性能等方面考量筆記本電腦等電子產品，目前所用的材質主要為塑膠。筆記本電腦塑膠款最重要的一環就是結構件的注塑成型，注塑成型產品大多數會出現翹曲、縮水、熔接痕、結構印等問題點。為了更加準確和便捷地進行缺陷分析，將注塑成型的產品進行3D掃描，然后利用GOM軟件進行分析，可以準確地得到翹曲的位置、縮水的厚度差異、熔接痕和結構印的具體差異等數據，同時可以輸出對比報告，為產品件的優化設計提供重要參考和指導。

關鍵詞：注塑成型；結構缺陷；3D掃描；優化指導

中圖分類號：TP391" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）03-0103-04

Measurement and Analysis of Notebook A COVER Based on GOM Environment

WEI Kun1， HAO Shichang1， DING Zhaofeng1， HUANG Ningyan2， LIU Jianxin2

（1.Hefei LCFC Information Technology Co.， Ltd.， Hefei" 230000， China;

2.LCFC （Hefei） Electronics Technology Co.， Ltd.， Hefei" 230601， China）

Abstract： Considering electronic products such as laptop from their appearance， cost， and performance， the main material currently used is plastic. The most important part of the plastic technology for laptops is the injection molding of structural components. Injection molded products often have problems such as warping， shrinkage， fusion marks， and structural imprints. In order to conduct defect analysis more accurate and convenient， the injection molded products are scanned in 3D， and then use GOM software for analysis. This can accurately obtain data such as the position of warping， the thickness difference of shrinkage， the specific differences of fusion marks and structural imprints. At the same time， a comparative report can be output， providing important reference and guidance for the optimization design of product parts.

Keywords： injection molding; structural defect; 3D scanning; optimization guidance

0" 引" 言

注塑成型是一種常見的制造方法，其原理是將塑料顆粒加熱至融化而后在模具中成型進而形成一個可以安裝固定的機構件，它結合了注射和模塑的技術。該方法具有生產速度快、效率高和自動化程度高等優點，可用于制造形狀復雜的制件，尤其適用于大批量生產形狀復雜的產品。

在注塑成型的模具開發階段，常常會面臨一些問題和缺陷，例如熔接痕、飛邊、縮水、缺膠、翹曲和脆化等。因此，尋求這些缺陷產生的內在機理，并預測可能發生缺陷的位置，對指導模具設計和改進、總結缺陷產生的規律，以及制定更合理的工藝操作條件都非常重要[1]。

研究缺陷產生的內在機理可以幫助了解導致缺陷的原因。例如，熔接痕可能是由于注塑過程中熔融塑料未完全熔化或熔化不均勻導致的。飛邊可能是由于模具間隙不當或壓力不均勻造成的。縮水可能是由于塑料在冷卻過程中收縮不均勻或冷卻速度過快引起的。缺膠可能是由于模具設計不合理或注塑過程中的操作問題導致的。翹曲可能是由于注塑過程中的應力分布不均勻或材料選擇不當引起的。脆化可能是由于材料的熔融溫度過高或注塑過程中的冷卻速度不當引起的。

預測可能產生缺陷的位置可以通過模擬和分析注塑過程來實現。使用計算機輔助工程（CAE）軟件可以模擬注塑過程中的塑料流動、冷卻和固化過程，從而預測制品可能出現缺陷的位置。這種預測可以幫助設計師在模具設計階段優化模具結構和冷卻系統，以避免或減少缺陷的發生。

通過研究缺陷產生的規律和制定更合理的工藝操作條件，可以改進注塑成型的質量和效率。了解不同因素對缺陷產生的影響，并通過調整工藝參數來控制這些因素，可以減少缺陷的發生[1]。

早期，質量檢測是通過人工定性的測量方法，借助卡尺和塞規等測量工具，而非現在廣泛使用的測量設備[2]。可是，傳統的測量方式落后，對人工的依賴性較強，高度依賴2D圖，圖中標什么就只能測什么，具有很大的局限性，沒有數字化的方式量化和分析測量結果，導致測量的精度不高。三坐標雖然測量精度高，但是非常依賴環境，需要恒定的溫度、濕度以及穩定的地基[3]。

并且，三坐標采用打點測量的方法收集數據，耗時長，數據量小。同時，測量報告是以數字的形式呈現，不直觀，十分依賴人工判讀，如果測試人員對圖面的理解存在偏差就會導致測量誤差較大。使用GOM自動化測量設備，可以實現全域、高效的檢測計劃。GOM三維檢測軟件自動規劃測量路徑和曝光時間等，可最大化減少編程時間，排除人員干預和環境干預，實現自動化測量設備的一鍵式操作[4]。

測量報告的數據類型比人工測量獲取的數據更加豐富和多樣化，有了更多的定量的分析方式。同時測量數據有時間跨度，傳統測試都是測試的時候就已經定義了測什么，后面想要再測其他尺寸的時候又要重新來過，但GOM測量是后面想要測什么只要將掃描數據保存好直接用軟件拉一下就好。尤其是針對復雜曲面的零件，與三坐標相比GOM自動化測量設備可以節省大量測量時間，并且獲得更多的數據量[5-10]。

本文以筆記本電腦翻蓋A COVER為例，在進行結構可靠性測試中，corner drop測試出現角落開裂的情況如圖1所示。借鑒逆向工程數據采集設備，基于GOM軟件從而獲取點云數據，再通過數據處理，在GOM里面把掃描的數據與設計數據模型進行比對，同時根據數據定點測量對比不同廠商的產品，找出尺寸差異進而提出改善措施。

圖1" Corner drop A COVER測試開裂

1" 掃描過程

1.1" 處理測量物

ATOS的鏡頭發出的藍色光源無法照射透明件、高反光件和黑色吸光件，所以需要對掃描件進行一個預處理，在機構件上均勻噴涂二氧化鈦粉。

將A COVER固定在工裝上而后一起放在可以轉動的工作臺上如圖2所示，使A COVER可以多角度的旋轉掃描，從而可以獲取完整的掃描數據。

圖2" A COVER放置在轉臺工裝上

1.2" 測量標定

基于真實數據測試是在精確定位VMR（虛擬計量室）內進行，排除外界干擾并且每次測量前都需要進行標定。在VMR（虛擬計量室）里全自動創建測量位置，測量位置是由測量頭的位置和轉動臺的位置組成，如圖3所示。

圖3" 圖中點點就是ATOS自動生成的測量路徑

1.3" 結果擬合

利用GOM Professional Inspect的強大功能，可以將采集到的點云數據從STL格式轉換為實體的3D模型。該軟件提供了高級的數據處理和處理工具，可以對點云數據進行濾波、平滑、曲面擬合等操作，以生成準確的3D模型。

一旦將點云數據轉換為3D模型，可以將其與預先導入的STP設計模型進行擬合對比。通過GOM Professional Inspect的對比分析功能，可以將采集到的實際數據與設計模型進行匹配，評估兩者之間的差異。軟件會自動計算擬合度，并可可視化顯示擬合后的差異。

這種對比分析可以直觀地顯示出擬合后的差異，幫助工程師或質量控制人員評估產品的制造質量，并檢測可能存在的偏差或缺陷。通過比較實際數據與設計模型之間的差異，可以快速確定制造過程中的問題，并采取相應的措施進行改進。

此外，GOM Professional Inspect還提供了其他功能，如尺寸測量、形狀分析、缺陷檢測等，可以全面評估產品的幾何特征和質量。通過結合點云數據轉換和對比分析功能，該軟件為制造行業提供了強大的工具，用于精確測量、分析和評估產品的幾何特征和質量，從而提高生產過程的效率和質量控制水平。

2" 結果分析

將掃描獲取的點云數據轉換成實體模型后可以直觀地選取某定點的具體尺寸數據；通過與原始設計模型的擬合后進行對比可以得到不同廠商的差異。本文主要分析A COVER在進行corner drop時角落開裂的問題，所以重點關注A COVER左右角落注塑成型的肉厚以及與設計模型對比后的差異。

2.1nbsp; 定點測量肉厚

根據掃描的點云數據轉換而成的實體3D模型選取A COVER的左右側角落位置，分別選取8個點位置測量尺寸，如圖4和圖5所示。另外將兩家樣品的測量尺寸進行對比，發現兩家尺寸有差異，如表1所示。

表1" A COVER不同廠商樣品側壁肉厚的測量 單位：條

樣品 尺寸

位置 A B C D E F G H

M1 1.20 1.79 1.89 1.54 1.58 1.79 1.64 1.06

M2 1.47 1.88 1.90 1.73 1.79 1.97 1.84 1.37

設計值 1.31 1.79 1.79 1.60 1.60 1.79 1.79 1.31

通過對比發現，M1公司樣品角落肉厚較M2公司肉厚小，大概小十幾條左右。同時根據原始的設計尺寸做對比，發現M2尺寸較設計值反而比應該“更好”尺寸大十條左右，個別尺寸甚至超出十條。

2.2" 肉厚與設計模型擬合對比

根據掃描的點云數據轉換而成的實體3D模型與設計模型進行擬合。選取A COVER的左右側角跌落有影響的位置，分別選取6點位置進行Z方向肉厚對比，如圖6、圖7所示。圖中該數值是對比于設計3D模型而言，正數表示比3D模型要厚，負數表示比3D模型要薄，如表2所示。

從對比數據來看，M2廠商比M1廠商肉厚更厚，部分尺寸差異在10條左右，但也是設計尺寸的上下限的范圍內。不過是從實際的測試情況來看，M1公司提供的產品在測試中表現良好，相反，從測量數據來看相對較好的M2公司產品反而在corner drop測試中跌落開裂。

（a）左側角落

（b）右側角落

圖6" M1公司提供的樣品與設計模型擬合后差異圖

（a）左側角落

（b）右側角落

圖7" M2司提供的樣品與設計模型擬合后差異圖

表2" 擬合后的部分點位的厚度對比差異" 單位：條

產品 尺寸

位置 1 2 3 4 5 6 G H

M1 -0.01 -0.06 0.02 -0.01 -0.06 -0.11 1.64 1.06

M2 -0.08 0.03 0.08 0.02 0.01 -0.01 1.84 1.37

設計值 0 0 0 0 0 0 1.79 1.31

3" 優化設計

根據對比數據發現對corner drop影響較大的地方如M2廠商的位置1需要加膠。同時通過深入研究兩家產品的差異，發現其原因在于不同模具廠商在開發階段模具設計思路、設計規范的差異，而這些差異是無法從后期成型的溫度、成型的射速方面去彌補改善的。所以只能從加強局部的結構強度著手滿足測試，考慮到corner drop測試的受力主要集中在角落處，采用加強跌落角的形式去補強。如圖8所示，在位置2加膠的基礎上通過增加rib進行修模。修模后的產品corner drop測試通過，證明了理論的可行性。

圖8" 產品結構優化設計

4" 結" 論

本文以筆記本電腦背蓋A COVER進行corner drop開裂測試為背景，研究了基于逆向工程技術利用GOM三維測量軟件對預處理后的產品進行數據采集，從而擬合成3D實體模型進行測量分析，數據分析結果可為模具成型條件及產品結構設計等提供重要參考。

參考文獻：

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作者簡介：魏坤（1994.11—），男，漢族，安徽太和人，工程師，碩士研究生，主要研究方向：電子產品結構設計。