Повышение точности 3D-сканирования для контроля качества в автопроме

ARIS Technology улучшает 3D-сканирование

Хотя 3D-сканирование уже внедрено многими производителями автозапчастей, его сценарии использования в контроле качества (QC) были ограничены. Основные причины:

1. 3D-сканирование выполнялось вручную.
2. Существующие «так называемые» автоматизированные системы 3D-сканирования неэффективны.
3. 3D-сканирование пыталось быть универсальным решением, хотя контактные измерительные машины (КИМ) все еще необходимы для определенных типов измерений.

Преодоление ручного 3D-сканирования

Обычно при покупке автономного 3D-сканера производитель вынужден приобретать дополнительное ПО для обработки изображений (Geomagic, Polyworks), двухосевой вращательный стол, штатив и другое. После этого рабочему требовалось обучение:

• управлению сканером (включение/выключение, настройка параметров);
• выбору правильных ракурсов и дистанций сканирования для конкретной детали;
• учету характеристик поверхности (например, установка экспозиции в зависимости от отражающей способности);
• объединению множественных сканов в один файл и обработке данных;
• применению техник обработки изображений для сравнения со CAD-моделью;
• калибровке сканера, мастерству фикстуры и другим навыкам.

Это создавало крутой кривую обучения для каждого нового проекта. Даже с инкрементными улучшениями готовых программ, фундаментального решения для устранения этого барьера не существовало.

Коллаборативная система ARIS, поддерживаемая простым пользовательским опытом (UX) программного обеспечения ARIS, позволяет легко настраивать сканирование новых деталей.

Почему системы ARIS лучше?

Многие компании предлагали решения для снижения трудоемкости 3D-сканирования через роботизированную автоматизацию. Однако текущие решения имеют ограничения:

• Большинство решений привязаны к конкретному бренду 3D-сканера (OEM). Например, популярное решение использует структурированный синий свет, плохо подходящий для блестящих поверхностей (требует опрыскивания), имеет большой базовый интервал, ограничивающий сканирование узких отверстий, и часто требует нанесения маркеров, что делает автоматизацию фактически ручной.
• Решения негибки: при смене производственной линии может потребоваться замена сканера, робота и/или ПО, что влечет полную переинтеграцию, переобучение и перекалибровку.
• ARIS устраняет эти ограничения за счет собственного ПО.

Модульная платформа интеграции: ARIS рекомендует оптимальные проверенные на рынке сенсоры и роботы, затем выполняет интеграцию и внедрение.
Программное обеспечение автоматизации (Run): ARIS предоставляет ПО для запуска запрограммированных проверок минимально обученными рабочими.
Программное обеспечение настройки (Setup): ARIS предоставляет ПО для легкого создания новых программ и пост-сканирования аналитики по мере изменения потребностей производителей.

Как системы ARIS дополняют КИМ?

3D-сканирование собирает миллионы точек за секунды, обеспечивая высокое разрешение и быстрый цикл. Однако оно уступает КИМ в измерении прозрачных/полупрозрачных, блестящих поверхностей и внутренних деталей. Поэтому для полного контроля всех необходимых аннотаций одной детали часто желательно использовать и КИМ, и 3D-сканирование.

Признавая это, производители КИМ устанавливали 3D-сканеры на манипуляторы КИМ, но это очень медленный и неэффективный процесс. С другой стороны, внедрение промышленного робота в измерительную лабораторию не кажется оптимальным.

ARIS решает проблему, интегрируя коллаборативных роботов с быстрым многострочным лазерным сканированием. Такая система имеет немного меньшую точность по сравнению с системами ARIS на базе площадных 3D-сканеров (структурированный синий свет), но максимизирует скорость и производительность, а также превосходит другие типы 3D-сканирования для отражающих поверхностей.

Кроме того, она значительно эффективнее сканирует крупные детали без потери точности, так как можно использовать внешние системы отслеживания для стыковки изображений в реальном времени во время движения робота.

Наконец, благодаря коллаборативным роботам система может быть размещена в зонах с существующими человеческими процессами, то есть прямо рядом с КИМ, дополняя измерения КИМ в реальном времени.

Реальный кейс для системы высокой точности

Полный отчет контроля сгенерирован для литейной детали с использованием эталонной системы ARIS, с набором аннотаций, необходимых для обеспечения качества. Затем проведен Gage R&R (повторяемость и воспроизводимость), где точность проверена и сравнена с принятыми отраслевыми стандартами.

Тест точности показывает, могут ли автоматизированные системы 3D-сканирования использоваться в производстве, а не только в лаборатории, для входного контроля (FAI) и оперативного контроля, что ведет к значительной экономии.

Выбор 3D-сканера обычно важнее выбора робота, так как вариации допусков, шероховатости и размеров деталей могут требовать разной оптической точности и/или поля зрения. Более точные и широкополевые устройства дороже; поэтому возможность «подключи и работай» с различными типами сканеров, предлагаемая интеграционным ПО ARIS, важна для достижения требуемой точности и такта в рамках бюджета. Например, сканеры с точностью ±2,5 мкм могут стоить более $100 000.

После установки и подключения сканера и робота выполняется начальная калибровка относительных позиций. Это обрабатывается ПО автоматизации ARIS: оператор одним кликом запускает автоматическую калибровку. В некоторых случаях сканер требует ежедневной калибровки (особенно при изменении температуры), что также автоматизируется с минимальным участием человека. Для эталонной системы начальная калибровка заняла менее 15 минут ручного времени оператора.

Результат показывает, что даже в производственной среде, с минимальными инвестициями, решение способно обеспечить точность, сравнимую с КИМ. Точность немного хуже лабораторных КИМ, но превосходит портативные. Поскольку многие высокоточные лабораторные КИМ требуют контролируемых условий (бетонный пол, термостатирование, виброизоляция), меньшая чувствительность 3D-сканеров к внешним факторам проявляется в гибкости и эффективности автоматизированного роботизированного решения контроля качества.

Система ARIS работает с существующей инфраструктурой автопроизводителей и обеспечивает сильный ROI. Такой ROI достигается без замены существующих процессов КИМ за счет использования коллаборативных систем ARIS.

Отредактировано редактором ежегода Биллом Кёнигом на основе информации от ARIS Technology.