Улучшение 3D-сканирования

Компания ARIS Technology заявляет, что улучшает 3D-сканирование

Хотя 3D-сканирование уже используется многими производителями автомобильных запчастей, варианты его использования в контроле качества (КК) ограничены. В первую очередь это связано со следующими ограничениями:

1. 3D-сканирование выполнялось вручную.

2. Существующие «так называемые» автоматизированные системы 3D-сканирования, как правило, неэффективны.

3. 3D-сканирование было универсальным решением, хотя все еще есть причины использовать контактные устройства (КИМ) для определенных типов измерений.

Преодоление ручного 3D-сканирования

Обычно, когда производитель покупает автономный 3D-сканер, он должен дополнительно приобрести программное обеспечение для обработки 3D-изображений, такое как Geomagic или Polyworks, двухосевой поворотный стол, штатив для 3D-сканера или другое. После таких закупок рабочий должен был пройти обучение:

– Как управлять 3D-сканером (например, включать/выключать, изменять настройки и т. д.).

– Как делать правильные сканы с нужных углов и расстояний для конкретной сканируемой части.

– Как учесть характеристики поверхности объекта (например, установить правильную экспозицию на основе отражательной способности поверхности).

– Как объединить несколько сканов в один файл и обработать отсканированные данные.

–Как выполнять методы обработки изображений для завершения сравнения отсканированных данных с CAD.

– Другие инструкции, такие как калибровка сканера, настройка приспособления и т. д.

Это означало, что всегда будет новая кривая обучения для обученной рабочей силы для нового проекта. Во-первых, для проверки новой детали рабочий должен научиться сканировать эту конкретную деталь. Во-вторых, если компания воспроизводит старую модель, рабочий должен либо вернуться к старому проекту, чтобы напомнить себе, либо заново научиться сканировать деталь с нуля. Несмотря на то, что в готовое программное обеспечение вносятся постепенные улучшения для повышения производительности труда, до сих пор не существует решения, которое полностью устранило бы эту крутую кривую обучения.

Совместная система ARIS, поддерживаемая простым пользовательским интерфейсом (UX) программного обеспечения ARIS, упрощает настройку новой детали.

Почему системы ARIS лучше?

Многие компании представили решения для повышения трудоемкости 3D-сканирования за счет использования роботизированной автоматизации. Однако доступные в настоящее время решения имеют следующие ограничения:

–Большинство существующих решений обеспечивается аппаратным 3D-сканером OEM, что привязывает вас к определенной марке или типу 3D-сканера. В качестве примера можно привести популярное решение для автоматизации 3D-сканирования, которое разрабатывается и продвигается производителем 3D-сканеров. 3D-сканеры, используемые в этом решении (1), имеют структурированный голубой свет, который не подходит для более блестящих поверхностей, вынуждая пользователей распылять на деталь; (2) имеют большое расстояние между глазами, что ограничивает его способность сканировать более узкие отверстия; и (3) во многих случаях требуется наносить маркеры на часть, что по иронии судьбы делает автоматизацию очень ручной.

– Большинство существующих решений не рассчитаны на гибкость. Другими словами, система может устареть, как только пользователю потребуется перепрофилировать систему для новой производственной линии. Когда производитель решает перепрофилировать автоматизированную систему 3D-сканирования для другого приложения, может потребоваться замена 3D-сканера, робота и/или программного обеспечения для обработки изображений. Такой обмен обычно требует интеграции совершенно новой системы, переобучения и повторной калибровки.

– ARIS устраняет эти ограничения, используя собственные программные продукты.

– Модульная интеграционная платформа:ARIS рекомендует любые оптимальные проверенные на рынке датчики и роботы, а затем выполняет интеграцию и внедрение.

Программное обеспечение для автоматизации (запуска):ARIS предоставляет программное обеспечение для минимально обученных работников, позволяющее многократно выполнять запрограммированную проверку.

Программное обеспечение для установки:ARIS предоставляет программное обеспечение, которое позволяет легко устанавливать новые программы и проводить аналитику после сканирования по мере развития потребностей производителей.

Как системы ARIS могут дополнять КИМ?

3D-сканирование может собирать миллионы данных измерений за секунды и, таким образом, имеет высокое разрешение и короткое время цикла. Однако он не так эффективен, как КИМ, при измерении прозрачных/полупрозрачных, блестящих поверхностей или внутренних деталей. По этой причине даже для измерения всех необходимых аннотаций (точек интереса) для одной конкретной детали может быть предпочтительнее использовать как КИМ, так и 3D-сканирование.

Осознавая это, OEM-производители КИМ установили 3D-сканеры на руку КИМ, хотя это очень медленный и непродуктивный процесс. С другой стороны, решение сложностей с промышленным роботом в инспекционной лаборатории не кажется таким уж оптимальным.

ARIS решает эту проблему за счет интеграции коллаборативных роботов с быстрым многострочным лазерным сканированием. Такая система имеет несколько меньшую точность по сравнению с системами ARIS с 3D-сканерами (например, структурированный синий свет), при этом она обеспечивает максимальную скорость и производительность, а также превосходит другие типы 3D-сканирования отражающих поверхностей.

Кроме того, он может значительно эффективнее сканировать большие детали без потери точности, поскольку вы можете использовать внешние механизмы отслеживания для сшивания изображений в режиме реального времени, когда робот находится в движении (захват данных).

Наконец, с помощью коллаборативных роботов эту систему можно развернуть в областях с существующими человеческими процессами и, следовательно, ее можно установить рядом с КИМ, дополняя измерения КИМ в режиме реального времени.

Реальный пример использования Precision System

Полный отчет об инспекции создается для литой детали с использованием эталонной системы ARIS с рядом аннотаций, необходимых для обеспечения качества. Затем для измерений проводится исследование Gage R&R, в ходе которого точность (повторяемость и воспроизводимость) проверяется и сравнивается с общепринятыми отраслевыми стандартами.

Целью этого теста точности является определение возможности развертывания автоматизированных систем 3D-сканирования в производстве, а не только в лаборатории, как для FAI (проверка первого изделия), так и для проверки в процессе производства, что приводит к значительной экономии средств.

Выбор 3D-сканеров обычно более важен, чем выбор робота-манипулятора, поскольку для различных допусков, обработки поверхности и размеров деталей могут потребоваться устройства с различной оптической точностью и/или полем обзора. Обычно более точные устройства с большим полем зрения стоят дороже; и именно из-за этого ценового фактора возможность подключения различных типов 3D-сканеров, предлагаемых интеграционным программным обеспечением ARIS, важна для достижения требуемой точности и времени цикла в рамках выделенного бюджета. Например, существуют 3D-сканеры с точностью до ±2,5 мкм, но их стоимость может превысить 100 000 долларов США.

После того, как сканер и робот размещены и подключены, выполняется начальная настройка калибровки относительного положения 3D-сканера и робота. Этим занимается программное обеспечение автоматизации ARIS, в котором оператор всего одним щелчком мыши может автоматически выполнить необходимую калибровку. В некоторых случаях 3D-сканер также необходимо калибровать ежедневно (особенно при изменении температуры), и это снова выполняется автоматически с помощью программного обеспечения автоматизации ARIS с минимальным участием человека. Для используемой эталонной системы первоначальный процесс калибровки занял менее 15 минут ручного труда оператора.

Результат показывает, что даже в производственной среде с минимальными вложениями решение способно обеспечить точность, аналогичную КИМ. Он показал немного худшую точность по сравнению с лабораторными КИМ, но оказался лучше портативных. Тем более, что многие лабораторные высокоточные КИМ требуют таких элементов управления, как бетонный пол и помещение с регулируемой температурой/вибрацией, 3D-сканеры менее восприимчивы к таким внешним факторам, что проявляется в гибкости и эффективности, которые автоматизированное роботизированное решение для контроля качества 3D-сканирования могу предложить.

Система ARIS может работать с существующей инфраструктурой производителей автомобилей и обеспечивать высокую рентабельность инвестиций (ROI). Такая окупаемость инвестиций может быть получена без замены существующих процессов CMM за счет использования систем ARIS для совместной работы.

Отредактировано редактором Ежегодника Биллом Кенигом на основе информации, предоставленной ARIS Technology.