CN105393081A - 用于在熔模铸造中使用的模具和坩锅的无损评估的系统和方法 - Google Patents

用于在熔模铸造中使用的模具和坩锅的无损评估的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及可用于熔模铸造过程(包括不限于用于生产飞机发动机、陆基涡轮发动机等)中使用的模具和坩锅的无损评估(NDE)的系统和方法。按照一个方面，本公开提供一种用于无损评估的系统，其包括支承、3D扫描装置和计算机组件。按照另一方面，本公开提供一种用于无损评估的方法，其包括下列步骤：提供一种按照本公开、用于模具或坩锅的无损评估的系统；将模具或坩锅固定到系统的支承；以及操作与计算机组件结合的系统的3D扫描装置，以便创建3D结构差异图，其指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。

Description

用于在熔模铸造中使用的模具和坩锅的无损评估的系统和方法
技术领域
本公开涉及可用于熔模铸造过程(包括不限于用于生产飞机发动机、陆基涡轮发动机等)中使用的模具和坩锅的无损评估(NDE)的系统和方法。
背景技术
模具和坩锅通常用于制作高性能装置(例如飞机和陆基涡轮发动机)的组件和部件中。这类模具和坩锅的均匀性和结构完整性在保持熔模铸造过程中的质量控制方面是重要的。熔模铸造模具和坩锅的全体积几何结构和壁厚度的控制对确保模具和坩锅的结构完整性并且防止泄漏在熔融和铸造期间发生是重要的。X射线技术已用来分析模具和坩锅的结构完整性。但是，这类X射线技术要求高度专业化人员和设备，并且一般要求比制造环境可准许的更加费时。因此，仍然存在用于在熔融和铸造之前按照无损方式来检查模具或坩锅的全体积几何结构或者壁厚度的实用技术的需要。
因为壁厚度对陶瓷外壳组件的强度具有主要影响，它是重要的。例如，如果陶瓷外壳组件的壁厚度下降到低于最小阈值，则组件的强度下降到低于最小可接受强度，并且液态金属能够从坩锅或模具泄漏。在一些情况下，这个泄漏能够引起铸造故障。相应地，因为小于规格极限的厚度增加铸造操作期间的部件损耗的可能性，壁厚度是熔融坩锅和铸造模具的关键参数。
存在用来检查坩锅的壁厚度的现行实践。一个现行实践是要以低频率为基础对坩锅进行取样。测量过程涉及将坩锅安装到具有内表面上的点接触的固定设备中。测量采用表面上点上或者点周围的千分表进行。在进行这些测量之后，因为点接触损坏坩锅的接触表面，必须丢弃坩锅。
感应熔融一般涉及在由非导电难熔合金氧化物所制成的坩锅中加热金属，直到坩锅中的金属料熔融成液体形式(参见例如授予Bewlay等人的美国专利No.8048365)。当熔融高活性金属、例如钛或钛合金时，使用冷壁或石墨坩锅的真空感应熔融能够用来代替基于氧化物的陶瓷坩锅。当熔融高活性合金、例如钛合金时，因在用于熔融的温度下的合金中的元素的反应性而会出现困难。虽然大多数感应熔融系统将难熔氧化物用于感应炉中的坩锅，但是合金、例如铝化钛是如此高的活性，以致于它们能够侵袭坩锅中存在的难熔氧化物，并且钛合金被污染。例如，因为高活性金属能够与坩锅发生反应并且采用例如氧污染合金，所以通常避免陶瓷坩锅。类似地，如果采用石墨坩锅，则钛和铝化钛基合金均能够把来自坩锅的碳溶解到钛合金中，由此引起所产生产品的机械性质的污染和损失。
冷坩锅熔融提供用于处理高活性合金的优点，但是它也具有多个技术和经济限制，包括低过热、因渣壳形成引起的产率损失、高功率要求和受限熔融容量。熔融合金和坩锅之间的任何反应将倾向于使铸造的性质退化。退化能够就是因气泡引起的那么简单的不良表面抛光，或者更糟的是能够损害铸造的化学、微结构和性质。
相应地，重要的是具有适当的检查技术，以确保供熔融金属或金属合金中使用的高质量坩锅的生产。在一个示例中，因为陶瓷坩锅不易受到污染，并且施加比现行技术要低的技术和经济限制，将检查技术应用于用于高活性合金的陶瓷坩锅。例如，不是基于有损取样的检查技术，存在无损以便保存产率并且有效地实现快速有效检查的检查技术的需要。
本系统和方法针对于克服现有技术中的这些和其他缺陷。
发明内容
本公开涉及可用于熔模铸造过程中使用(包括不限于供生产飞机发动机、陆基涡轮发动机等的组件中使用)的模具和坩锅的无损评估(NDE)的系统和方法。
按照一个方面，本公开提供一种用于模具或坩锅的无损评估的系统。该系统包括支承、三维(3D)扫描装置和计算机组件。支承包括用于将感兴趣模具或坩锅固定在适当的位置供无损评估的固定设备，其中固定设备包括安装部分，模具或坩锅固定到其上。3D扫描装置对扫描模具或坩锅的目标区的外表面以便生成目标区的所扫描外表面的3D结构是有效的。计算机组件在操作上连接到3D扫描装置，并且有效地创建模具或坩锅的目标区的所扫描外表面的3D结构和与模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构之间的差异图（differencemap）。差异图指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。在一个实施例中，支承还包括定位机构，用于将模具或坩锅按照可重复取向安置在支承上并且在扫描模具或坩锅的目标区的外表面期间将模具或坩锅保持在那个取向。在另一个实施例中，该系统还包括机器人设备，用于将模具或坩锅放置在支承上以及用于从支承移开模具或坩锅。
按照另一个方面，本公开提供一种用于模具或坩锅的无损评估的方法。这种方法涉及下列步骤：提供一种按照本公开、用于无损评估的系统；将模具或坩锅固定到系统的支承；以及与系统的计算机组件结合操作3D扫描装置，以便创建3D结构差异图，其指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。3D结构差异图示出通过在固定于系统的支承的同时扫描模具或坩锅的目标区的外表面所生成的3D结构和与模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构之间的偏差。在一个实施例中，系统的支承还包括定位机构，用于将模具或坩锅按照可重复取向安置在支承上并且在扫描模具或坩锅的目标区的外表面期间将模具或坩锅保持在那个取向。在另一个实施例中，该方法还包括将机器人设备用于将模具或坩锅放置在支承上以及用于从支承移开模具或坩锅。
如本文所提供，本公开提供用于测量供铸造应用中使用的陶瓷外壳模具和坩锅组件的壁厚度的独特系统和方法。因为模具或坩锅的壁厚度对陶瓷外壳组件的强度具有主要影响，它是重要的。例如，如果陶瓷外壳组件的壁厚度下降到低于最小临界值，则组件的强度下降到低于最小可接受强度，并且液态金属能够从坩锅或模具泄漏；泄漏引起铸造故障。如果陶瓷外壳组件的厚度落在最大临界值以上，则组件可能不正确地定位在铸造设备中，并且要求有损后处理方法、例如外部研磨来使外几何结构恢复到规格。这种步骤是制造过程中的非增值步骤，并且促成浪费和附加成本。此外，较大壁厚度可引起提供外壳组件的较大热质量，其可引起铸造过程的熔融或凝固动态的变化。
因此，在铸造应用中使用之前按照无损方式来检查陶瓷外壳组件的壁厚度的能力通过消除实际铸造操作中的潜在故障来提供增加铸造产率的能力。NDE能力允许检查陶瓷组件的全体积，与仅提供几何结构的有限部分的数据的其他技术(例如分段或者使用坐标测量机(CMM)技术)不同。
通过以下结合附图对本公开的各个方面的详细描述，本公开的系统和方法的这些及其他目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是按照本公开、用于模具或坩锅(例如壁厚度)的无损评估的系统的一个实施例的示意图。示意图示出包括两个激光扫描头、中央数据参考几何结构(即，安装部分24)和感兴趣几何结构(即坩锅50)的一个实施例的基本组件。在该图的情况下，坩锅50示为用于感兴趣几何结构，但是这个几何结构可具有任何类型。此外，该系统可包括一个或多个激光扫描头，以执行操作。这类细节通过感兴趣陶瓷外壳组件的几何结构和质量要求来确定。
图2是按照本公开、用于模具或坩锅(例如壁厚度)的无损评估的系统的一个实施例的示意图。示意图示出包括刚性支承框架、两个激光扫描头、中央数据参考几何结构(即，安装部分24)和感兴趣几何结构(即坩锅50)的实施例的基本组件。在该图的情况下，坩锅50示为用于感兴趣几何结构，但是这个几何结构可具有任何类型。此外，该系统可包括一个或多个激光扫描头，以执行操作。这类细节通过感兴趣陶瓷外壳组件的几何结构和质量要求来确定。
图3A-3C是本公开的系统的一个实施例的各个方面的图示及其在坩锅的壁厚度的无损评估方面的使用。图3A示出在放置于本公开的系统的支承的固定设备之前的坩锅。图3B示出在将坩锅固定到支承之前的支承的固定设备和定位机构。图3C示出安装在固定设备上并且由支承的定位机构保持在适当的位置的坩锅。
图4是示出按照本公开、用于坩锅的无损评估的方法的一个实施例的流程图。
图5是示出与计算机组件结合操作本公开的系统的3D扫描装置以便确定坩锅的结构完整性的步骤的一个实施例的流程图。
图6是示出按照本公开、用于模具的无损评估的方法的一个实施例的流程图。
图7是示出与计算机组件结合操作本公开的系统的3D扫描装置以便确定模具的结构完整性的步骤的一个实施例的流程图。
图8A-8E是示出按照本公开的系统和方法的实施例、被分析壁厚度的坩锅圆顶的行或不行设置的图示。这些图示通过计算机组件或者对操作员的直接反馈的结果的打印输出来提供。
图9A-9D是示出扫描的可重复性、按照本公开的系统和方法的实施例所产生的坩锅扫描的图示。这种类型的检查示出在使用系统的开始时采用并且对测量的可重复性并且因而对统计确定性设置初始极限的校准例程的示例。
图10A-10B是用作使用本公开的系统或方法的实施例坩锅的无损评估的标称模型的坩锅蜡(一般又称作短效型模（fugitivepattern）)的图像。坩锅蜡标称模型的外表面能够从坩锅的外表面扫描中减去，以计算坩锅的壁厚度。
图11是制作具有两个空腔馈送通道和灌注杯以铸造两个叶片的模具、具有两个叶片蜡(一般又称作短效型模)的蜡组合件的图像。蜡组合件的外表面能够从模具的外表面扫描中减去，以计算模具的壁厚度。
图12A-12B是展现如通过本公开的系统和方法的实施例所确定的可接受(图12A)壁厚度和所拒绝(图12B)壁厚度的坩锅的图像。
图13A-13B是展现如通过本公开的系统和方法的实施例所确定的所拒绝壁厚度的坩锅的图像。
图14A-14C是展现如通过本公开的系统和方法的实施例所确定的可接受(图14A)壁厚度和所拒绝(图14B和图14C)壁厚度的坩锅的图像。
图15是按照本公开的一个实施例的坩锅的标称模型。标称模型能够从点云数据来构成。
具体实施方式
一般来说，本公开的系统和方法对模具和坩锅无损评估(NDE)、例如确定其壁厚度均匀性、对标称模型要求的一致性等是有效的。例如，在某些实施例中，本公开提供一种组合电子和机械系统，其执行外壳模具和坩锅部件的表面计量，以无损测量壁厚度。此外，本公开提供能够用来改进铸造产率的新系统和方法。在具体实施例中，该系统包括：单个或多个三维(3D)扫描装置(例如3D光或光学扫描仪)，其越过坩锅的外壳表面；刚性框架；固定设备，其成形为部件的预期内几何结构；以及电子控制、数据记录和检查显示，其基于激光扫描结果并且在没有破坏或损坏坩锅的情况下为操作员提供部件的设置(例如接受、拒绝或再加工)。
用于模具和坩锅的无损评估的系统
按照一个方面，本公开提供一种用于模具或坩锅的无损评估的系统。该系统包括支承、三维(3D)扫描装置和计算机组件。支承包括用于将感兴趣模具或坩锅固定在适当的位置供无损评估的固定设备，其中固定设备包括安装部分，模具或坩锅固定到其上。3D扫描装置(例如白光或激光扫描仪)对扫描模具或坩锅的目标区的外表面以便生成目标区的所扫描外表面的3D结构(例如点云)是有效的。计算机组件可操作地连接到3D扫描装置，并且有效地创建模具或坩锅的目标区的所扫描外表面的3D结构和与模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构之间的差异图。差异图指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。
在一个实施例中，与计算机组件可操作连接的3D扫描装置有效地扫描固定设备的安装部分和/或模具或坩锅的短效型模，以便生成参考对象的3D结构。
如本文所使用的术语“标称模型”表示根据3D几何维度的预期模具或坩锅的计算机化3D表示。例如，标称模型是将要生产的预期模具或坩锅的计算机化再现。本公开的系统和过程适合于确定特定模具或坩锅是否适合预期标称模型3D几何维度。
如本文所使用的术语“参考对象”表示任何有形或计算机化对象，其能够用来提供与标称模型的预期内表面对应的、用来创建与模具或坩锅的目标区的所扫描外表面的3D结构的差异图的3D结构。例如，参考对象能够是本公开的系统的支承的固定设备的安装部分、模具或坩锅的短效型模或者模具或坩锅的标称模型的内表面的计算机辅助设计(CAD)模型。当CAD模型是参考对象时，这种CAD模型也能够是如本文所定义的标称模型。
在某些实施例中，安装部分的表面能够采用3D扫描装置来扫描，以生成坩锅或模具的预期内表面的标称模型的3D结构。在其他实施例中，能够扫描短效型模(例如蜡或塑料坩锅型模)，以产生与坩锅或模具的预期内表面对应的标称模型的3D结构。另外，相同短效型模可用于按照本领域已知的过程来制作坩锅或模具的过程中。在其他实施例中，坩锅或模具的预期内表面的标称模型的3D结构可以是CAD模型。
如本文所使用的术语“3D结构”表示所扫描结构或标称模型的三维表示。例如，3D结构可采取点云、多边形模型或结构、非均匀有理基样条(NURBS)表面或结构等的形式。
如本文所使用的模具或坩锅的“目标区”表示模具或坩锅的部分或全部。例如，在一些实施例中，目标区能够是坩锅的圆顶、坩锅的侧壁或者整个坩锅(包括坩锅的圆顶和侧壁)。在某些实施例中，目标区能够只是坩锅的圆顶的一部分或者坩锅的侧壁的一部分。在某些实施例中，目标区能够是模具或坩锅的多个部分。例如，目标区能够是圆顶的一个或多个部分、侧壁的一个或多个部分或者坩锅的圆顶和侧壁的一个或多个部分。
如本文所使用的“结构完整性参数”表示任何可测量参数，其能够用来确定适合于熔模铸造过程中使用的模具或坩锅的结构完整性。例如，如本文所使用，结构完整性参数的一个示例能够包括不限于模具或坩锅的部分或全部的壁厚度。更具体来说，模具或坩锅的部分或全部的壁厚度的均匀性是如本文所使用的结构完整性参数的示例。对于某些模具或坩锅，在模具或坩锅的特定部分的壁厚度的均匀性可比在其他部分更为重要，如能够通过相干领域的技术人员所确定。在某些实施例中，结构完整性参数有效地确定模具或坩锅在特定熔模铸造过程期间将能够耐受的应力量。例如，在一个实施例中，结构完整性参数能够是识别具有高达200兆帕(MPa)的屈服强度的模具或坩锅的参数。因此，本公开的系统对熔模铸造过程中使用的模具或坩锅的应力管理是有效的。
如本文所使用的“预期结构完整性参数范围”表示能够用来确定适合于熔模铸造过程中使用的模具或坩锅的结构完整性的任何可测量参数的可接受范围，如本领域的技术人员所确定。例如，预期结构完整性参数范围能够通过模具或坩锅的部分或全部的壁厚度的上限和下限来定义。更具体来说，预期结构完整性参数范围能够表示模具或坩锅的预期壁厚度或者落入壁厚度的可接受范围的上限和下限之内的模具或坩锅的壁的百分比。如本文所提供，预期结构完整性参数范围能够用来确定模具或坩锅是否具有所接受设置、所拒绝设置或者再加工设置。在图12A-12B、13A-13B和14A-14C的照片中示出所发现使用本公开的系统具有所接受或所拒绝设置的坩锅的示例。
如本文所使用的“无损评估”(NDE)表示用于对模具或坩锅评估其结构完整性(例如特定结构完整性参数)的过程，其中该过程没有或者基本上没有引起对模具或坩锅的结构或功能损坏，或者其中所评估的模具或坩锅可用于其在熔模铸造过程中的预计目的。如本文所提供，本公开的系统和方法有效地按照测量模具或坩锅的全体积几何结构和/或测量模具或坩锅的一个或多个预期部分的方式来执行无损评估。
在一个实施例中，系统的支承还包括定位机构，用于将模具或坩锅按照可重复取向安置在支承上并且在扫描模具或坩锅的目标区的外表面期间将模具或坩锅保持在那个取向。按照本公开，如本文所使用的术语“定位机构”表示用于检测模具或坩锅按照预期和可重复取向在支承上的布置并且用于为了便于NDE而将模具或坩锅保持在那个相同取向的任何机械部件。例如，在某些实施例中，一系列接线片（lug）能够用来限定放置坩锅或模具的支承的面积。例如，如图3A和图3C所示，在具体实施例中，三个接线片26a和坩锅凹口销26b能够用来按照预期位置和取向来定向坩锅并且在物理上将坩锅保持在支承上。如图3C所示，坩锅凹口销26b安装到坩锅的凹口56中，以便防止坩锅50绕支承的固定设备的安装部分扭转或枢轴转动。
在具体实施例中，系统的定位机构和安装部分配置成共同工作，以便在无损评估期间按照防止或最小化对模具或坩锅的损坏的方式将模具或坩锅安置在支承上。例如，定位机构和安装部分能够配置成使得模具或坩锅不会按照在使用本公开的系统的NDE分析期间将损坏模具或坩锅的结构或功能的任何方式开始与支承、定位机构或安装部分进行物理接触。
在一个实施例中，固定设备包括安装部分，其具有与模具或坩锅的目标区的内表面几何结构(又称作“数据几何结构”)一致的形状。在一个实施例中，支承的固定设备的安装部分具有表面几何结构(例如3D表面或者表面粗糙度)和/或表面组成(例如用来制作安装部分的表面的材料和涂层)，其有效地在将模具或坩锅安装、保持到支承和/或从支承移开期间最小化对模具或坩锅的任何部分并且具体来说是内表面的损坏。在某些实施例中，固定设备的安装部分能够采用已知为最小化对模具或坩锅的内表面的损坏的材料来制成或涂敷。最小化损坏包括例如确保在经过使用按照本公开的系统和/或方法的NDE处理之后没有或者基本上没有痕迹、刻痕、划痕等留在模具或坩锅的陶瓷几何结构的定位表面上。对于某些熔模铸造应用，模具或坩锅的这类痕迹、刻痕、划痕等在大于沿任何维度所测量时的特定尺寸(例如，大于如根据长度、宽度和/或深度所测量的尺寸的0.5mm)时可被认为是要求丢弃部件的缺陷。材料能够选择成将潜在缺陷进一步减小到(例如小于0.100微米的)更优选规格。在具体实施例中，将模具或坩锅(例如陶瓷形状)固定到内参考数据几何结构(例如固定设备的安装部分)以及从其移开的动作应当产生小于50微米大小的缺陷。供制作固定设备的安装部分中使用的材料的适当示例能够非限制性地包括硅酮涂层、天然橡胶、丙烯酸漆料涂层、塑胶材料和/或平滑抛光金属。
在本公开的系统的一个实施例中，3D扫描装置固定或者不固定到支承。在本公开的系统的另一个实施例中，3D扫描装置可操作地连接到机器人系统用于在扫描目标区的外表面期间或者在扫描参考对象的表面期间操纵3D扫描装置。3D扫描装置能够包括一个或多个3D扫描头。此外，3D扫描装置能够是有效地扫描表面以便创建那个表面(其能够不限于是模具或坩锅的目标区的外表面或者如本文所述的参考对象的表面)的对应点云、多边形结构或者非均匀有理基样条(NURBS)结构。
在本公开的各个实施例中，3D扫描装置能够按照短程非接触3D扫描技术的许多不同方式进行操作。如相关领域的技术人员已知，3D扫描仪收集与其视场(FOV)中的表面有关的距离信息。
存在三个大类别的3D扫描技术，即，三角测量、结构化光和飞行时间。三角测量通常发射激光以确定对象的形状和位置。偏置照相装置用来检测反射光。几何结构用来计算距离。照相装置和激光器之间的基线为已知，并且因此是激光角度。结构化光或白光3D扫描仪也使用三角测量。但是，不是使用激光器，它将型模投影在对象上。立即捕获整个FOV，但是若干不同型模随时间依次投影。照相装置中的各像素将具有与其关联的3D位置。飞行时间通常用于较大对象。它使用激光测距仪和移动激光点的方位角/仰角（azimuth/elevation）的部件。光脉冲定时为测量到对象的距离。当与方位角和仰角相组合时，它提供点的3D位置。激光通常采用旋转镜来扫描，以创建密集3D点云。
本公开的3D扫描装置能够包括对使用三角测量、结构光(例如白光)和飞行时间3D扫描技术的3D扫描是有效的任何扫描装置。因此，3D扫描装置能够包括结构化光扫描仪(例如白光扫描仪)、激光扫描装置(例如激光扫描仪)或者对按照本公开执行3D扫描技术是有效的任何其他装置。
如本文所提供，3D扫描装置可以是激光扫描装置。激光扫描装置能够包括不限于激光扫描头，其有效地生成所扫描表面的三维结构(例如点云)。在一个实施例中，激光扫描头能够包括不限于激光收发器和二轴振荡镜。激光扫描装置能够包括单个激光扫描头或者多个激光扫描头。供系统中使用的激光扫描装置的适当示例能够包括不限于由KonicaMinolta(VIVID扫描仪)、threeRivers3D(Virtuoso扫描仪)、ShapeDrive(3D扫描仪)等所制作或销售的激光扫描装置。本领域的技术人员能够易于确定供本公开的系统中使用的其他3D扫描装置和3D激光扫描仪。
如本文所使用的适当计算机组件能够包括任何计算机系统(例如计算机、软件、外设等)，其能够运行3D扫描装置，并且提供相对经过使用本公开的系统或方法的NDE过程的模具或坩锅的输出设置。供本公开的系统和方法中使用的适当计算机组件和计算机系统是本领域的技术人员已知的。
在一个实施例中，计算机组件包括计算机和软件，其以自动方式向3D扫描装置发送操作信号，从3D扫描装置接收扫描数据，将所接收扫描数据与预期模具或坩锅规格进行比较，并且显示关于模具或坩锅是具有落在无损评估的预期结构完整性参数范围之内还是之外的测量的设置，其中预期结构完整性参数包括模具或坩锅的全体积几何结构或壁厚度的测量。在具体实施例中，由计算机组件所提供的设置将壁厚度识别为处于之内或规格极限之外，由此显示壁厚度是具有所接受设置或者所拒设置。
在一个实施例中，计算机组件捕获经过NDE的模具或坩锅的区域的壁厚度、圆度、同心度和/或平行性特定的维度和容差。
在另一个实施例中，该系统还包括机器人设备，用于将模具或坩锅放置在支承上以及用于从支承移开模具或坩锅。在具体实施例中，机器人设备有效地从支承移开无损评估的模具或坩锅，并且按照它们被识别为所接受(例如通过)、所拒绝(例如未通过)或者再加工设置将它们分离成其相应收集区。供本公开的系统中使用的适当机器人设备是本领域的技术人员已知的。适当机器人设备的示例能够包括由KukaIndustrialRobots、AdeptTechnology,Inc.、StaubliRobotics、ABBRobotics等所制造或销售的那些机器人设备。
本公开的系统的说明性示例在图1和图2中提供，图1和图2是用于模具或坩锅50的无损评估的系统10的各个实施例的示意图。如图1和图2所示，系统10包括支承20、3D扫描装置30和计算机组件40。支承20包括固定设备22，用于将感兴趣模具或坩锅50固定在适当的位置以无损评估模具或坩锅50。固定设备22包括安装部分24，模具或坩锅50安装到其上。在某些实施例中，安装部分24具有与模具或坩锅50的目标区52的内表面几何结构一致的形状。支承20还可包括定位机构26，用于按照可重复取向将模具或坩锅50安置在支承20上，并且在扫描模具或坩锅50的目标区52的外表面54期间将模具或坩锅50保持在那个取向。3D扫描装置30用于扫描模具或坩锅50的目标区52的外表面54，以便生成模具或坩锅50的目标区52的所扫描外表面54的3D结构(例如点云)。3D扫描装置可固定到支承(参见图2)，或者可独立于支承(参见图1)。3D扫描装置可以是激光扫描装置，并且包括单个激光扫描头或者多个激光扫描头。计算机组件40在操作上连接到3D扫描装置30，并且有效地创建模具或坩锅50的目标区52的所扫描外表面54的3D结构(例如点云)和与模具或坩锅50的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象(例如其点云)的3D结构之间的差异图。差异图指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。
图3A、图3B和图3C是系统10的一个实施例的摄影图像。具体来说，图3A、图3B和图3C示出用于按照可重复取向将模具或坩锅50安置在支承20上并且在扫描模具或坩锅50的目标区的外表面期间将模具或坩锅50保持在那个取向、以及更具体来说用于将模具或坩锅50安置在安装部分24上的定位机构26(表示为26a和26b)的一个实施例。图3A示出在固定到系统10的安装部分24之前的坩锅50。坩锅50示为包括凹口56(又称作凹槽或门)。图3B示出系统10具有固定设备22的安装部分24和定位机构26，其中定位机构更具体地示为定位机构接线片26a和定位机构坩锅凹口销26b。图3C示出安装在安装部分24上并且由定位机构26来固定在适当的位置的坩锅50，其中定位机构接线片26a将坩锅50定向在预期位置，以及定位机构坩锅凹口销26b按照在NDE分析期间有效地防止坩锅50绕安装部分旋转的方式来安装到坩锅凹口56中。虽然图3B中示出三个定位机构，但是本公开并不局限于这类接线片的任何特定数量。因此，本公开考虑任何机械部件，其能够在按照本公开的系统和方法的NDE分析期间按照预期取向和位置将模具或坩锅定向和保持在支承上。
用于模具和坩锅的无损评估的方法
按照另一个方面，本公开提供一种用于模具或坩锅的无损评估的方法。这种方法涉及下列步骤：提供一种按照本公开、用于无损评估的系统；将模具或坩锅固定到系统的支承；以及与系统的计算机组件结合操作系统的三维(3D)扫描装置，以便创建3D结构(例如点云)差异图，其指示模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。3D结构(例如点云)差异图示出通过在固定于系统的支承的同时扫描模具或坩锅的目标区的外表面所生成的3D结构(例如点云)和与模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构(例如点云)之间的偏差。
针对这种方法，供这种方法中使用的系统如本公开中所述。因此，没有相对该方法重申的系统的任何实施例、属性和/或其他方面由此通过引用结合到本文中。
按照本公开的方法的一个实施例，模具或坩锅被确定为具有下列任一个：(i)可接受设置，如果差异图的至少大约75%和大约90%之间落入预期结构完整性参数范围之内的话；(ii)所拒绝设置，如果差异图的超过至少大约10%和大约25%之间落在预期结构参数范围以下的话；或者(iii)再加工设置，如果差异图的超过10%和25%之间落在预期结构参数范围以上的话。
如本文所述，该方法能够涉及使用本公开的系统来确定模具或坩锅是落在预期结构完整性参数、例如模具或坩锅的部分或全部的壁厚度之内还是之外。该方法能够用于涉及测量模具或坩锅的全体积几何结构的无损评估。作为说明性示例，预期结构完整性参数能够是坩锅圆顶的壁厚度，其中预期壁厚度处于单位为毫米的特定厚度范围之内。如果发现坩锅落在预期厚度范围之内，则它被确定为具有所接受设置，并且因此能够按原样使用。如果发现坩锅落在预期厚度范围以下，因为它对其预计目的(例如熔模铸造过程)过薄，并且因此应当被丢弃而不被使用，则它被确定为具有所拒绝设置，。如果发现坩锅落在预期厚度范围以上，则它被确定为具有所拒绝设置或者再加工设置。再加工设置能够意味着，虽然坩锅的一部分可能过厚，但是可再加工(例如研磨)那个部分，以使它处于预期厚度范围之内。
在某些实施例中，该方法使用结构完整性参数，其有效地确定模具或坩锅在特定熔模铸造过程期间将能够耐受的应力量。例如，在一个实施例中，结构完整性参数能够是识别具有高达200兆帕(MPa)的屈服强度的模具或坩锅的参数。因此，本公开的系统对熔模铸造过程中使用的模具或坩锅的应力管理是有效的。
在一个实施例中，标称模型能够使用基于点云数据的表面建模的算法来生成，或者从基于工程规格的3D实体模型来得出。按照本公开的标称模型的示例在图15中示出。
在各个实施例中，该方法涉及操作计算机组件的控制软件，以便使用参考数据几何结构扫描、标称模型和实际几何结构点云数据来计算模具或坩锅的壁厚度。
在一个实施例中，系统的支承还包括定位机构，用于将模具或坩锅按照可重复取向安置在支承上并且在扫描模具或坩锅的目标区的外表面期间将模具或坩锅保持在那个取向。在各个实施例中，固定设备的安装部分能够具有表面几何结构和/或表面组成，其在将模具或坩锅安装、保持到支承和/或从其移开期间有效地防止或最小化对模具或坩锅的内表面的损坏。
在一个实施例中，将模具或坩锅固定到系统的支承的步骤包括：(i)提供支承，其定位机构和安装部分配置成共同工作以按照在无损评估期间防止或最小化对模具或坩锅的损坏的方式将模具或坩锅安置在支承上；以及(ii)将模具或坩锅在支承上固定在适当的位置，使得模具或坩锅的内表面具有与固定设备的安装部分的预期接触。在具体实施例中，预期接触基于接触位置和接触量，其中接触量的范围为从与固定设备的安装部分的无接触到完全接触。
在本公开的方法的一个实施例中，与计算机组件结合操作3D扫描装置的步骤包括使用计算机组件以自动的方式运行下列步骤，步骤包括：(i)向3D扫描装置发送操作信号；(ii)从3D扫描装置接收扫描数据；(iii)将所接收扫描数据与预期模具或坩锅规格进行比较；以及(iv)显示关于模具或坩锅是具有落在无损评估的预期结构完整性参数之内还是之外的测量的设置，其中预期结构完整性参数包括模具或坩锅的全体积几何结构或壁厚度的测量。
在一个实施例中，向3D扫描装置发送操作信号的步骤包括：(i)在将模具或坩锅在支承上固定在适当的位置之前引导3D扫描装置来扫描参考对象的表面，以产生初始数据几何结构参考扫描；(ii)引导3D扫描装置来扫描模具或坩锅的目标区的外表面，以生成目标区的对应3D结构(例如点云)；或者(iii)在将模具或坩锅在支承上固定在适当的位置之前引导扫描装置来扫描参考对象的表面，以产生初始数据几何结构参考扫描，并且此后当模具或坩锅在支承上在适当的位置时扫描模具或坩锅的目标区的外表面，以生成对应3D结构(例如点云)。
在一个实施例中，该方法涉及使用3D标称CAD模型来执行最佳拟合和其他数学计算，以定向扫描数据。在一个实施例中，由计算机组件所提供的设置将模具或坩锅的全体积几何结构和/或壁厚度识别为处于规格极限之内或规格极限之外，由此显示模具或坩锅的全体积几何结构或壁厚度是否具有所接受设置、所拒绝设置或者再加工设置。
在一个实施例中，与系统的计算机组件结合操作3D扫描装置以便创建3D结构差异图的步骤包括下列步骤：使用系统的3D扫描装置或者不同的3D扫描装置来扫描参考对象的表面，以生成参考对象的3D结构；使用系统的3D扫描装置来扫描模具或坩锅的目标区的外表面，以生成所述目标区的3D结构；以及使用计算机组件来创建3D结构差异图，以确定模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。在具体实施例中，参考对象包括固定设备的安装部分或者模具或坩锅的短效型模(例如蜡模具或坩锅)。
在一个实施例中，与系统的计算机组件结合操作3D扫描装置以便创建3D结构差异图的步骤包括下列步骤：提供模具或坩锅的标称模型的内表面的计算机辅助设计(CAD)；使用系统的3D扫描装置来扫描模具或坩锅的目标区的外表面，以生成所述目标区的3D结构；以及使用计算机组件来创建3D结构差异图，以确定模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。
在一个实施例中，使用参考对象的相同3D结构对多个不同模具或坩锅来执行该方法。
在另一个实施例中，该方法还包括将机器人设备用于将模具或坩锅放置在支承上以及用于从支承移开模具或坩锅。在某些实施例中，在经过按照本公开的方法的NDE分析之后，机器人设备编程为自动将模具或坩锅按照其所接受、所拒绝或者再加工的设置放入分离位置中。
图4和图5示出用于坩锅的无损评估的本公开的方法的各个方面的实施例。
图4是示出用于坩锅的无损评估的方法100的一个实施例的流程图。如图4所示，方法100包括下列步骤：提供一种按照本公开、用于坩锅的无损评估的系统(步骤110)；将坩锅固定到系统的支承(步骤120)；以及与系统的计算机组件结合操作系统的3D扫描装置，以便创建3D结构(例如点云)差异图(步骤130)，其指示坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。为了按照可重复取向将坩锅安置在支承上，支承能够包括如本文所述的定位机构。如先前所述，在这种方法中使用的本公开的系统有效地测量坩锅的全体积壁厚度。
如图5的流程图所示，在方法100的一个实施例中，采用计算机组件来操作3D扫描装置(步骤130)包括下列步骤：向3D扫描装置发送操作信号(步骤131)；从3D扫描装置接收扫描数据(步骤132)；将所接收扫描数据与预期坩锅规格进行比较(步骤133)；以及显示关于坩锅是具有落在无损评估的预期结构完整性参数之内还是之外的测量的设置(步骤134)，其中预期结构完整性参数包括坩锅的全体积几何结构或壁厚度的测量。
图6和图7示出用于模具的无损评估的本公开的方法的各个方面的实施例。在这些实施例中，蜡用来建立预期模具的内表面几何结构。
图6是示出用于模具的无损评估的方法200的一个实施例的流程图。如图6所示，方法200包括：提供一种按照本公开、用于模具的无损评估的系统(步骤210)；将模具固定到系统的支承(步骤220)；以及与系统的计算机组件结合操作系统的3D扫描装置，以便创建3D结构(例如点云)差异图(步骤230)，其指示模具是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。为了按照可重复取向将模具安置在支承上，支承能够包括如本文所述的定位机构。如先前所述，在这种方法中使用的本公开的系统有效地测量模具的全体积壁厚度。
如图7的流程图所示，在方法200的一个实施例中，采用计算机组件来操作3D扫描装置(步骤230)包括下列步骤：向3D扫描装置发送操作信号(步骤231)；从3D扫描装置接收扫描数据(步骤232)；将所接收扫描数据与预期模具规格进行比较(步骤233)；以及显示关于模具是具有落在无损评估的预期结构完整性参数之内还是之外的测量的设置(步骤234)，其中预期结构完整性参数包括模具的全体积几何结构或壁厚度的测量。
在本公开的方法的一个实施例中，由计算机组件所提供的设置将壁厚度识别为处于规格极限之内或规格极限之外，由此显示壁厚度是具有所接受设置或者所拒设置。
在本公开的方法的一个实施例中，计算机组件捕获模具或坩锅的区域的壁厚度、圆度、同心度和/或平行性特定的维度和容差。
示例
以下示例意在示出具体实施例，但是决不是意在限制当前系统和技术的范围。
示例1
在一个实施例中，本公开的系统包括一个或多个激光扫描头、保持扫描头(其可包括扫描头的机电运动)的刚性框架支架、定位所检查部件的固定设备以及检查记录和判定计算机。激光扫描头通过典型现货供应扫描头(其由激光收发器和二轴振荡镜组成)进行工作。当通过控制软件映射于反射镜的极位置上时，生成点云，其对应于所测量表面的映射。多个激光扫描头可用来增加点密度，并且因而增加测量精度。检查和记录判定计算机包括控制计算机和软件，其向扫描单元发送操作信号，从该单元接收扫描数据，将数据与部件规格进行比较，并且以自动的方式显示设置。计算机可以是基于PC的或者任何其他简单计算机器。软件比较所测量外表面的点云，并且创建所测量外表面点云和表示坩锅的几何结构并且具体是坩锅圆顶的内几何结构的已知标称形状(在软件的3D空间中)之间的差异图。差异图提供坩锅圆顶的坩锅壁厚度的映射。
如图8A-8E所示，厚度可接受性表示为3D表面图，其中表面基于设置来经过颜色编码或者以其他方式来标记。例如，如图8A-8E所示，所接受壁厚度能够以绿色示出(在图8A-8E中表示为参考标号42)，所拒绝壁厚度能够以红色示出(在图8A、图8B、图8C和图8E中表示为参考标号44)，以及再加工壁厚度(即，比所接受厚度要大的厚度)能够以蓝色示出(图中未示出)。因此，当壁厚度低于规格下限时，软件示出按照颜色编码红色的表面(在图8A、图8B、图8C和图8E中示为参考标号44)，以表示厚度低于最小规格。如果厚度高于最大极限，则表面经颜色编码为蓝色，以表示需要再加工操作。为了确定总部件设置，选择阈值最小表面面积。通常，这个指标对熔融期间不是高应力的区域为20%。这意味着，如果所测量表面面积的超过20%低于最小厚度，则软件触发拒绝设置。如果超过这个阈值百分比(或者上限的另一个阈值百分比)高于最大厚度，则报告再加工设置。否则，报告接受设置。
刚性固定设备由平滑几何结构组成，其紧密拟合所检查坩锅的圆顶的内几何结构，并且具有选择成确保测量操作期间的坩锅圆顶的内表面的最小损坏的形状、表面抛光和硬度。坩锅圆顶的几何结构可以是球状或球形或者适合没有损坏地紧密拟合到坩锅圆顶中的任何其他形状。为了进一步最小化对内表面的损坏，球形插件可涂敷有漆料、聚合物涂层、高硬度橡胶或者类似软材料。固定设备还由定位几何结构组成，以确保坩锅部件定向在可重复位置(参见图9A-9D)。图9A-9D示出同一坩锅的不同扫描，其中坩锅被移开和重新安装，并且然后被扫描/重新扫描。如图9A-9D所示，扫描实际上是相同的。
框架包括将激光扫描头保持在离固定设备的精确固定位置的机械零件，其中机械零件包括台架(钢或花岗岩)和结构构件，具有用于振动降低的可选预备。可包括诸如滚珠螺杆和伺服电动机之类的线性运动组件，以提供(一个或多个)激光扫描头的精确定位。
示例2
在第二实施例中，本公开的系统包括一个或多个激光扫描头、保持扫描头(其可包括扫描头的机电运动)的刚性框架支架、定位所检查部件的固定设备以及检查记录和判定计算机。激光扫描头通过典型的现货供应扫描头(其由激光收发器和二轴振荡镜组成)进行工作，如先前示例中所述。当通过控制软件映射于反射镜的极位置时，生成点云，其对应于所测量表面的映射。多个激光扫描头可用来增加点密度，并且因而增加测量精度。在这个示例中，系统用来测量坩锅的圆顶段的壁厚度和直壁段。蜡型模用来测量坩锅的圆顶段和直壁段的内表面的点云。然后3D表面模型从坩锅的外表面来生成，并且这个模型然后用作所产生坩锅的内表面的表示。适当坩锅蜡型模的照片在图10A-10B中示出。相同蜡型模或者等效蜡型模用来通过先前所公开的泥浆浸渍过程或者类似过程来产生坩锅。
检查和记录判定计算机包括控制计算机和软件，其向扫描单元发送操作信号，从该单元接收扫描数据，将数据与部件规格进行比较，并且以自动方式显示设置。计算机可以是基于PC的或者任何其他简单计算机器。软件将所测量外表面的点云与从蜡的外表面所生成的模型(其用作所产生坩锅的内表面的表示)进行比较，并且在所测量外表面点云和坩锅的内表面的模型之间生成差异图。差异图对应于坩锅圆顶中的坩锅壁厚度的映射。
当壁厚度低于规格下限时，软件触发拒绝设置。如果厚度处于规格上限和下限之内，则软件触发接受设置。如果厚度高于规格上限，则报告再加工设置。固定设备还由定位几何结构组成，以确保坩锅部件定向在可重复位置。
示例3
在第三实施例中，本公开的系统包括一个或多个激光扫描头、保持扫描头(其可包括扫描头的机电运动)的刚性框架支架、定位所检查部件的固定设备以及检查记录和判定计算机。激光扫描头通过典型现货供应扫描头(其由激光收发器和二轴振荡镜组成)进行工作，如前一示例中所述。在这个示例中，系统用来测量模具的壁厚度。用于确定模具壁厚度的起始点是用来生成模具的蜡型模组合件。如先前示例中所述，激光扫描仪用来生成点云，其对应于蜡型模的所测量外表面的初始映射。随后，生成点云，其对应于从蜡型模所构建的模具的所测量外表面的映射。多个激光扫描头可用来增加点密度，并且因而增加测量精度。3D表面模型从模具蜡组合件的外表面的点云来生成，并且这个表面模型然后用作所产生模具蜡组合件的内表面的表示。用来制作模具的典型蜡型模组合件的照片在图11中示出。相同蜡型模或者等效蜡型模用来通过先前所公开的泥浆浸渍过程或者类似过程来产生模具。
检查和记录判定计算机包括控制计算机和软件，其向扫描单元发送操作信号，从该单元接收扫描数据，将数据与部件规格进行比较，并且以自动方式显示设置。计算机可以是基于PC的或者任何其他简单计算机器。软件将模具的所测量外表面的点云与从蜡的外表面所生成的3D表面模型(其用作所产生模具的内表面的表示)进行比较，并且在所测量外表面点云和模具的内表面的模型之间生成差异图。差异图对应于模具壁厚度的映射。
当壁厚度低于规格下限时，软件触发拒绝设置。如果模具的壁厚度处于规格上限和下限之内，则软件触发接受设置。如果厚度低于规格下限或者高于规格上限，因为模具将不会制作满意组件，则它被拒绝，。例如，如果模具过薄，则它在铸造期间会断裂，并且引起模具泄漏和铸造故障。如果模具过厚，则它在后凝固冷却期间会因模具和组件之间的差分热膨胀失配而引起部件的破裂。固定设备能够包含定位几何结构，以确保模具部件定向在可重复位置。
虽然本文详细示出和描述了各个实施例，但是相关领域的技术人员清楚地知道，在没有背离本发明的精神的情况下，能够进行各种修改、添加、置换等，并且因此它们被认为处于如以下权利要求书所限定的本发明的范围之内。

Claims (43)

1.一种用于模具或坩锅的无损评估的系统，所述系统包括：
支承，包括用于将感兴趣模具或坩锅固定在适当的位置供无损评估的固定设备，所述固定设备包括安装部分，所述模具或坩锅固定到其上；
三维(3D)扫描装置，用于扫描所述模具或坩锅的目标区的外表面，以便生成所述目标区的所扫描外表面的3D结构；以及
计算机组件，可操作地连接到所述3D扫描装置，并且有效地创建所述模具或坩锅的所述目标区的所扫描外表面的所述3D结构和与所述模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构之间的差异图，
其中所述差异图指示所述模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述参考对象包括所述固定设备的所述安装部分或者所述模具或坩锅的短效型模。
3.如权利要求2所述的系统，其中，与所述计算机组件可操作连接的所述3D扫描装置有效地扫描所述固定设备的所述安装部分和/或所述模具或坩锅的所述短效型模，以便生成所述参考对象的所述3D结构。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述模具或坩锅的所述标称模型的所述内表面包括其计算机辅助设计(CAD)模型。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述目标区是所述模具或坩锅的部分或全部。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述预期结构完整性参数包括所述模具或坩锅的部分或全部的壁厚度。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述无损评估包括测量所述模具或坩锅的全体积几何结构。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述支承还包括定位机构，用于将所述模具或坩锅按照可重复取向安置在所述支承上并且在扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面期间将所述模具或坩锅保持在那个取向。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述定位机构和所述安装部分配置成共同工作，以便在所述无损评估期间按照防止或最小化对所述模具或坩锅的损坏的方式将所述模具或坩锅安置在所述支承上。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述固定设备的所述安装部分具有表面几何结构和/或表面组成，其在将所述模具或坩锅安装、保持到所述支承和/或从所述支承移开期间有效地最小化对所述模具或坩锅的所述内表面的损坏。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述3D扫描装置固定或者不固定到所述支承。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述3D扫描装置可操作地连接到机器人系统，用于在扫描所述目标区的所述外表面期间操纵所述3D扫描装置。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述3D扫描装置有效地扫描所述目标区的所述外表面，以便创建所述目标区的所述外表面的对应点云、多边形结构或者非均匀有理基样条(NURBS)结构。
14.如权利要求1所述的系统，其中，所述3D扫描装置从由白光扫描仪和激光扫描装置所组成的编组中选取。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述激光扫描装置包括有效地生成所扫描表面的三维点云的激光扫描头。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述激光扫描装置包括单个激光扫描头或者多个激光扫描头。
17.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机组件包括计算机和软件，所述计算机组件以自动的方式向所述3D扫描装置发送操作信号，从所述3D扫描装置接收扫描数据，将所接收扫描数据与预期模具或坩锅规格进行比较，并且显示关于所述模具或坩锅是具有落在所述无损评估的所述预期结构完整性参数范围之内还是之外的测量的设置，其中所述预期结构完整性参数包括所述模具或坩锅的全体积几何结构或壁厚度的测量。
18.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机组件捕获特定于所述模具或坩锅的所述区域的壁厚度、圆度、同心度和/或平行性的维度和容差。
19.如权利要求1所述的系统，还包括：
机器人设备，用于将所述模具或坩锅放置在所述支承上并且用于从所述支承移开所述模具或坩锅。
20.一种用于模具或坩锅的无损评估的方法，所述方法包括下列步骤：
提供如权利要求1所述的用于无损评估的系统；
将所述模具或坩锅固定到所述系统的所述支承；以及
操作与所述系统的所述计算机组件结合的所述三维(3D)扫描装置，以便创建3D结构差异图，其指示所述模具或坩锅是落在预期结构完整性参数范围之内还是之外，
其中所述3D结构差异图示出通过在固定于所述系统的所述支承上的同时扫描所述模具或坩锅的目标区的外表面所生成的3D结构和与所述模具或坩锅的相同目标区的标称模型的内表面对应的参考对象的3D结构之间的偏差。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述目标区是所述模具或坩锅的部分或全部。
22.如权利要求20所述的方法，其中，所述模具或坩锅被确定为具有下列任一个：
可接受设置，如果所述差异图的至少大约75%和大约90%之间落入所述预期结构完整性参数范围之内的话；
所拒绝设置，如果所述差异图的超过大约10%和大约25%之间落在所述预期结构完整性参数范围以下的话；或者
再加工设置，如果所述差异图的超过大约10%和大约25%之间落在所述预期结构完整性参数范围以上的话。
23.如权利要求20所述的方法，其中，所述预期结构完整性参数包括所述模具或坩锅的部分或全部的壁厚度。
24.如权利要求20所述的方法，其中，所述无损评估方法包括测量所述模具或坩锅的全体积几何结构。
25.如权利要求20所述的方法，其中，所述标称模型使用基于点云数据的表面建模的算法来生成，或者从基于工程规格的3D实体模型来得出。
26.如权利要求20所述的方法，其中，所述系统的所述支承还包括定位机构，用于将所述模具或坩锅按照可重复取向安置在所述支承上并且在扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面期间将所述模具或坩锅保持在那个取向。
27.如权利要求26所述的方法，其中，将所述模具或坩锅固定到所述系统的所述支承的步骤包括：
提供支承，其定位机构和安装部分配置成共同工作，以便在所述无损评估期间按照防止或最小化对所述模具或坩锅的损坏的方式将所述模具或坩锅安置在所述支承上；以及
将所述模具或坩锅在所述支承上固定在适当的位置，使得所述模具或坩锅的所述内表面具有与所述固定设备的所述安装部分的预期接触。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述预期接触基于接触位置和接触量，其中所述接触量的范围为从与所述固定设备的所述安装部分的无接触到全接触。
29.如权利要求20所述的方法，其中，所述固定设备的所述安装部分具有表面几何结构和/或表面组成，其在将所述模具或坩锅安装、保持到所述支承和/或从所述支承移开期间有效地防止或最小化对所述模具或坩锅的所述内表面的损坏。
30.如权利要求20所述的方法，其中，所述3D扫描装置固定或者不固定到所述支承。
31.如权利要求20所述的方法，其中，所述3D扫描装置可操作地连接到机器人系统，用于在扫描所述目标区的所述外表面期间操纵所述3D扫描装置。
32.如权利要求20所述的方法，其中，所述3D扫描装置有效地扫描所述目标区的所述外表面，以便创建所述目标区的所述外表面的对应点云、多边形结构或者非均匀有理基样条(NURBS)结构。
33.如权利要求20所述的方法，其中，所述3D扫描装置从由白光扫描仪和激光扫描装置所组成的编组中选取。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述激光扫描装置包括有效地生成所扫描表面的三维点云的激光扫描头。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述激光扫描装置包括单个激光扫描头或者多个激光扫描头。
36.如权利要求20所述的方法，其中，所述计算机组件捕获特定于所述模具或坩锅的区域的壁厚度、圆度、同心度和/或平行性的维度和容差。
37.如权利要求20所述的方法，其中，操作与所述计算机组件结合的所述3D扫描装置的步骤包括使用所述计算机组件以自动的方式运行下列步骤，所述步骤包括：
向所述3D扫描装置发送操作信号；
从所述3D扫描装置接收扫描数据；
将所接收扫描数据与预期模具或坩锅规格进行比较；以及
显示关于所述模具或坩锅是具有落在所述无损评估的所述预期结构完整性参数之内还是之外的测量的设置，其中所述预期结构完整性参数包括所述模具或坩锅的全体积几何结构或壁厚度的测量。
38.如权利要求37所述的方法，其中，向所述3D扫描装置发送操作信号的步骤包括：
在将所述模具或坩锅在所述支承上固定在适当的位置之前引导所述3D扫描装置来扫描所述参考对象的表面，以产生初始数据几何结构参考扫描；
引导所述3D扫描装置来扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面，以生成所述目标区的对应3D结构；或者
在将所述模具或坩锅在所述支承上固定在适当的位置之前引导所述3D扫描装置来扫描所述参考对象的所述表面，以产生所述初始数据几何结构参考扫描，并且此后当所述模具或坩锅在所述支承上适当的位置时扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面，以生成所述对应3D结构。
39.如权利要求20所述的方法，其中，操作与所述系统的所述计算机组件结合的所述3D扫描装置以便创建所述3D结构差异图的步骤包括下列步骤：
使用所述系统的所述3D扫描装置或者不同的3D扫描装置来扫描所述参考对象的表面，以生成所述参考对象的所述3D结构；
使用所述系统的所述3D扫描装置来扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面，以生成所述目标区的所述3D结构；以及
使用所述计算机组件来创建所述3D结构差异图，以确定所述模具或坩锅是落在所述预期结构完整性参数范围之内还是之外。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述参考对象包括所述固定设备的所述安装部分或者所述模具或坩锅的短效型模。
41.如权利要求20所述的方法，其中，操作与所述系统的所述计算机组件结合的所述3D扫描装置以便创建所述3D结构差异图的步骤包括下列步骤：
提供所述模具或坩锅的标称模型的所述内表面的计算机辅助设计(CAD)；
使用所述系统的所述3D扫描装置来扫描所述模具或坩锅的所述目标区的所述外表面，以生成所述目标区的所述3D结构；以及
使用所述计算机组件来创建所述3D结构差异图，以确定所述模具或坩锅是落在所述预期结构完整性参数范围之内还是之外。
42.如权利要求20所述的方法，其中，使用所述参考对象的相同3D结构对多个不同模具或坩锅执行所述方法。
43.如权利要求20所述的方法，还包括：
将机器人设备用于将所述模具或坩锅放置在所述支承上并且用于从所述支承移开所述模具或坩锅。
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