Application of a Separation Approach on the CT Target/Actual Comparison of Injection Mould Plastic Parts for Dimensional Quality Control

Abstract

Este trabalho foi realizado no Laboratório de Máquinas-Ferramenta (Werkzeugmaschinenlabor - WZL) da universidade RWTH-Aachen, em Aachen, Alemanha. O projeto tem o objetivo de analisar a influência de fatores controláveis de um processo de produção de peças de plástico por meio de máquinas injetoras. Deseja-se encontrar um ponto ótimo para esses fatores de maneira que o erro dimensional entre as peças produzidas e o modelo CAD seja o mínimo possível. Para atingir esse objetivo, é proposto um experimento no qual se variam seis fatores controláveis em torno de seus valores usuais de produção, obtendo assim para cada um deles os níveis baixo, central e alto. A combinação das variações destes seis fatores nos levará a produção de 53 amostras que passaram por um processo de reconstrução tridimensional utilizando-se tomografia computadorizada. Após a reconstrução as peças foram comparadas com seu modelo em CAD e os seus desvios foram analisados utilizando-se uma metodologia de separação por ordens (zero, primeira, segunda, terceira e superiores) com o uso de um software previamente desenvolvido em Matlab no WZL para uso neste projeto. Foi então gerado um modelo matemático capaz de representar os valores dos desvios em cada ordem em função dos parâmetros de entrada. Com o uso deste modelo é possível prever o tipo de desvio e a sua intensidade em função dos parâmetros escolhidos no momento da produção da peça. A influência individual de cada parâmetro sobre a saída também foi analisada, e os fatores mais críticos do processo (que exercem maior influência sobre os desvios) foram definidos. Por fim, foi simulado um novo ponto de produção que, de acordo com o modelo produzido, minimiza os desvios e poderá ser utilizado como ponto central para próximos estudos ou para produção comercial com maior precisão dimensional.

This work was performed at the Laboratory for Machine Tools (Werkzeugmaschinenlabor - WZL) of the RWTH-Aachen University, Aachen, Germany. The project aims to analyze the influence of controlled factors in plastic parts production process by injection molding machines. It is desirable to find an optimal point for these factors so that the dimensional error between the parts produced and the CAD model is minimized. To achieve this goal, we propose an experiment in which six controllable factors vary around their usual production values, defining for each three levels: low, middle and high. The combination of variations of these six factors leads to the production of 53 samples. The samples were measured using three-dimensional computed tomography. After reconstruction the parts were compared with its CAD model. Their deviations were analyzed using a method of separation by deviation orders (zero, first, second, third and above) with a at WZL previously developed software to be used in this project. Then, a mathematical model capable of representing the values of the deviations in each order as a function of the input parameters was created. Using this model it is possible to predict the type of deviation and its intensity depending on the chosen parameters at the time of production of the piece. The individual influence of each parameter on the output was also analyzed, and the most critical factors of the process (which most influence on deviations) were defined. Finally, a new production point was defined. According to the produced model, the deviations were minimized. The new parameter set may be used as a central point for further studies and for commercial production with higher dimensional accuracy