Повышение внутрицеховой метрологии: Walk-up сервисы для точного контроля деталей

Есть много моментов, когда наладчик, резая несколько деталей или готовясь к первому запуску, должен проверить несколько деталей или несколько критических признаков. Поверхности нужно точечно проверить, округлость или концентричность подтвердить. Иногда ручной измеритель сработает, но с ростом сложности деталей и сжатием графиков часто нужны более способные машины.

«Может быть инструментальщик, шлифующий резец или делающий специальную формовую резцу, кто просто хочет измерить радиус», — сказал Марк Аренал, генеральный менеджер Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). В этом случае ему нужен walk-up метрологический прибор, который и адаптируем, и способен запускать широкий спектр измерений. «Многие из приборов, которые мы делаем, отлично работают для 'walk-up метрологии' на цехе», — сказал он. Хорошие примеры — линейка AVR и MVR 2D систем зрения Starrett. Они варьируются от ручных до полных ЧПУ. Инструментальщик может подойти, положить деталь на подвижный стол, снять образ радиуса резеца и быстро сделать измерение, по Ареналу. «Очень просто. Один признак, одно измерение, он получает данные, записывает и уходит», — сказал он.

Ключ к концепции, особенно для ЧПУ-машин, столько же в ПО, сколько в самой машине. «Системное ПО делает его относительно простым в использовании в этом сценарии, с минимальным обучением. Вы можете фактически коснуться признака, который видите на экране, и измерить его», — объяснил он.

Однако, чтобы быть действительно стоимоэффективным, машина должна также быть адаптируемой для более высокого объема производства. «Например, у вас может быть контролер, который хочет выполнить первичный контроль (first article inspection) на 100% по нескольким деталям — скажем, 10 или 20 деталей. Этот контролер может написать программу детали на той же машине и создать измерительную последовательность для измерения первой детали, со всеми нужными данными и форматированием отчета. Когда готово, пользователь может сохранить программу детали и затем измерить остальную партию деталей», — сказал он. «Это оборудование будет более ценным для компании, если [оно может приспособиться] к множественным пользователям и их работам могут быть инспектированы».

Особенно продуктивный прибор от Starrett, по Ареналу — HVR100-FLIP, выпущенный в 2017. Эта настольная система измерения по зрению может использоваться в вертикальной или горизонтальной ориентации, и обладает высокоразрешающим цифровым видео и прецизионной оптикой для точных измерений поля зрения до 90 мм, по компании.

Легкость и точность

Еще одна убедительная причина за использованием систем зрения и мульти-зрения объясняется Дэвидом Уиком, менеджером управления продуктом Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). «Люди, желающие walk-up метрологию, обычно не ищут последнюю десятую долю микрона», — сказал он. Удобство использования обычно важнее точности. «Это смена парадигмы. Важно — легкость использования и повторяемость», — сказал он. Он отметил, что walk-up метрология требует системы, способной распознавать общие признаки вроде окружностей, радиусов и пазов. «Так что вы могли нажать кнопку, быстро установить измерение, ввести размер и допуск, и вперед», — сказал он. Он согласился, что системы зрения, такие как Zeiss O-Select, идеальны для walk-up метрологии. Системы зрения Zeiss включают полный набор способного ПО для идентификации общих признаков и создания программ деталей.

Последовательность также важна. «Вы хотите, чтобы машина давала хорошие измерения независимо от того, кто к ней прикасался», — сказал Уик. Это означает, по его мнению, соблюдение ISO-стандартов и способность захватывать рутинные измерения в программе детали. «O-Select откалиброван под стандарт ISO 10360-7», — объяснил он. «Он автоматически фокусируется, освещает и может обрабатывать множественные копии одной детали», — сказал он. Повторное использование тоже важно. «Допустим, вчера вы построили быструю программу для измерения пяти размеров на новом плоском 2D объекте, и сегодня вы пришли с шестью прототипами. Положите их на машину, нажмите кнопку и машина измерит все шесть, одно за другим», — объяснил он. «Мы видим это часто».

Тим Мориарти, старший вице-президент QVI (Rochester, NY), согласился, что новые видео-системы легче в использовании. Он отметил, что для цехового использования они конкурируют с ручными инструментами, такими как микрометры или даже более продвинутые инструменты вроде оптических компараторов, требующих мало или никакого обучения. Поэтому акцент на простоте. «Некоторые из наших измерительных систем позволяют буквально кому угодно подойти, положить деталь в любую позицию без приспособления, нажать кнопку и мгновенно получить серию измерений на детали — даже первую деталь или в процессе», — сказал он.

Мориарти согласился с другими, опрошенными для этой статьи, что такая простота использования ведет к легкой передаче данных для процессного контроля и записи. Преимущество легких в использовании видео-систем — они по своей природе точны и быстры по сравнению с другими walk-up устройствами. «Мы пытаемся улучшить опыт взятия штангенира или постановки детали на компаратор», — сказал он, предоставляя и более быстрые, и более точные измерения. Он отметил, что видео-измерительные системы, такие как серия QVI Snap, легко доставляют точность 0,0025–0,005 мм (0,0001–0,0002 дюйма).

«Наш новый диапазон Snap large field of view (LFOV) видео-измерительных машин отвечает этому спросу», — сказал он. Snaps обладают 100-мм FOV, извлечением признаков, автоматическим ID деталей и точностью лучше 0,0001 дюйма, по компании. Модели варьируются от настольного Snap100 с FOV 100-мм диаметра и без подвижного стола до большого Snap 350 с диапазоном измерения более 350 × 350 мм.

Третье измерение

Есть моменты, когда более полное измерение в третьем измерении желательно или требуется, даже в сценариях walk-up метрологии. Для этого Мориарти указывает на QVI Fusion 400 — LFOV мультисенсорную измерительную систему, автоматизирующую 3D измерения. У нее объем измерения 350 × 250 × 250 мм и она мультисенсорно-способна с видео-измерением и доступными триггерными и сканирующими зондами. Включает интерферометрический TTL лазер TeleStar Plus.

Пока системы зрения идеальны для двух измерений, а мультисенсорные системы на базе зрения — для двух с половиной измерений, иногда полное 3D измерение необходимо. «Именно здесь синие световые сканеры идеальны для этой концепции walk-up метрологии», — сказал Уик. Zeiss предлагает линейку Comet 3D сканеров на базе синей световой технологии. «Вы можете положить свою 3D заготовку или деталь на ее поворотный стол, нажать кнопку на ноутбуке и он повернет поворотный стол, отсканирует заготовку и создаст 3D модель ее», — сказал он. Измерение критических размеров и допусков требует доступной CAD-модели. Однако если она доступна, это может быть вершиной концепции walk-up метрологии.

«Мы видим четкий тренд с операторами, которые должны инспектировать ближе к точке производства, с производственными инженерами и операторами, вынужденными делать хорошие измерения на промежуточных этапах производственного процесса», — сказал Дэн Браун, директор управления продуктом Creaform Inc. (Леви, Канада). Он полностью согласился, что захват 3D измерений требует 3D устройства, такого как HandyScan 3D, HandyProbe и MetraScan 3D от Creaform. Он отметил, что есть большой спрос на 3D метрологические измерения в диапазоне 25–75 мкм, идеальном диапазоне точности этих устройств.

«Штангенциркули очень хороши, но недостаточны для быстрого измерения сложных деталей в 3D», — сказал он. КИМ точны, но требуют программы детали — обычно — и значительной экспертизы для адекватной работы. Это делает типичную легкость использования и переносимость сканеров идеальной в применениях, где нужна средняя точность. Скорость дает свою легкость использования. 3D оптические сканеры, включая синие световые сканеры от Creaform (и других), обычно собирают высокие скорости данных, от 100 000 до 1 000 000 точек в секунду — намного быстрее типичного КИМ и предоставляя walk-up утилиту.

Еще один ключевой момент, как он видит — переносимость. «Некоторые наши клиенты имеют выделенное место для использования сканера, где они привозят деталь к нему», — сказал он. «Но иногда они возят прибор к точке использования». Это в каком-то смысле walk-up метрология в обратную сторону. Преимущество удержания прибора в центральном месте — в контролируемой среде. Преимущество возможности двигать его — гибкость.

Браун указал на еще одну универсальную проблему, общую для walk-up метрологии и метрологии в целом — взаимодействие между требованиями обучения и технологией, легкой в использовании и понимании. «Я бы разделил любую метрологическую операцию на две части: измерение и инспекцию», — объяснил он. Измерение — это взятие 3D точек и загрузка их в компьютер. Что нужно — инспекционное ПО для извлечения информации в признаки, которые вы хотите измерить. Его точка в том, что в любой производственной операции нужны люди, обученные в обоих аспектах — измерении и инспекции. Еще лучше — и измерительные, и инспекционные системы и ПО, которые одинаково легки в использовании. «Обученные метрологи трудно найти», — заявил он, объясняя акцент Creaform на разработке легких в использовании инспекционного ПО и измерительного оборудования.

Еще одно устройство, дающее 3D измерения — серия XM ручного КИМ от Keyence Corp. of America (Itasca, IL). «Оно спроектировано для использования где угодно в любой среде и позволяет пользователю подойти к нему и получить быстрые ответы», — сказал Стив Чирикелла, региональный директор по продажам продукции Keyence. Компания позиционирует его как переносимый КИМ. Камера захватывает ближний инфракрасный свет, излучаемый семью разными маркерами на ручном зонде, для определения позиции кончика стилуса. «Нет движущихся частей», — объяснил он. «Мы убрали энкодеры или что-либо еще, что изнашивается, делая машину долговечной и устраняя необходимость в обслуживании и перекалибровке». Детали помещаются на подвижную платформу. Следует отметить, что система спроектирована для деталей в диапазоне 3 × 2 × 1 фут (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 м).

Не требуя специфических программ деталей для измерений, устройство может захватывать программы с использованием дополненной реальности. Оно включает маленькую камеру на кончике зонда, которая может отображать не только внешний вид цели, но и описание измерения и измеренное значение. ПО включает способность производить отчеты с сопровождающими фото с камеры кончика зонда. Для каждой точки измерения устройство отображает имя и номер элемента, а также результаты измерения в реальном времени на картинке, захваченной камерой, отображенной на мониторе перед оператором. «Иногда наши клиенты ставят XM устройство на тележку вместо центрального места, возя прибор к рабочему месту», — сказал он. Особенно полезно в станочных цехах, производящих сложные детали в малых объемах с высоким миксом.

Альтернативные концепции

Чирикелла также отметил, что видео-измерительная система Keyence IM может также вписаться в walk-up концепцию. Система спроектирована для замены оптического компаратора или переноса оптического компаратора в 21-й век, сказал он. В отличие от других устройств, позиционируемых как walk-up способные, серия IM требует написания программы детали для нее. «Машина построена для скорости и почти болезненной простоты», — объяснил он. Есть также функция «автоматического измерения», где операторы кладут деталь на стол, рисуют прямоугольник, и она измеряет всё, что более удобно вписывается в walk-up парадигму. Чирикелла рассказал о компании, которая использует свою лабораторию качества для написания программ для шести или семи машин, разбросанных по заводу, позволяя пользователям быстрый доступ к валидированным программам деталей.

Другие проверенные временем устройства, такие как ручной КИМ, также вписываются в walk-up метрологию, по Джину Хэнкцу, специалисту по продукту КИМ в Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Он согласился, что тренд уходит от зависимости исключительно от отделов инспекции и больше к тому, чтобы сделать метрологические устройства доступными для проверки своей работы. Он отметил, что большинство продаж КИМ сегодня — ЧПУ-контролируемые, где ручной КИМ дает ценность для простых, единичных измерений. «Ручные КИМ могут использоваться двумя способами», — объяснил он. «Один — где программы деталей используются для очень специфических проверок, которые используются довольно часто. Другой — где программы нет вообще, кто-то подходит сделать единичную, или двух- или трехмерную проверку, и они настраивают вещи вручную». Это вписывается в само определение walk-up метрологии.

Хороший пример — Mitutoyo Crysta-Plus M Series 196-Manual-Floating Type КИМ, измеряющий детали до 700 × 1000 × 600 мм. Хэнкц сказал, что он идеален для ежедневных задач, таких как наладка станка для проверки первой детали.

Наконец, простейшие инструменты не должны игнорироваться в контексте walk-up метрологии. «Высотомеры и плиты — самые распространенные предметы в цехе», — сказал Майк Крени, вице-президент по продажам Mitutoyo. «Большинство не требуют питания или воздуха и с приличными математическими навыками кто угодно может измерить, исследовать и оценить деталь на принятие допуска. Старый способ все еще работает с высотными стойками, индикаторами и это все еще наименее дорого». Лучшее — ручные инструменты легко обучают даже самого новичка. Новые разработки в ручных инструментах от Mitutoyo включают QuantuMike — высокоскоростной микрометр, и микрометр MDH с разрешением 0,0001 мм. «Это приносит лучшее в мире разрешение на цех», — заявил он.

Крени также указал на другие проверенные устройства, многие из которых Mitutoyo предоставляет, такие как профиль-проекторы и устройства шероховатости поверхности, хотя они требуют некоторых дополнительных знаний для работы. Автоматизированное ЧПУ-устройство не должно полностью исключаться в walk-up сценарии. «Типичный способ — использовать ЧПУ-систему с быстрым приспособлением или фикстурой, смонтированной на измерительном устройстве», — сказал Крени. «Если вы используете несколько токарных станков, у вас может быть система округлости в центральном месте. В стадии мониторинга вы можете иметь выделенное приспособление для центрирования детали и просто поместить цилиндрическую заготовку в приспособление, затянуть вручную и нажать кнопку. За пару минут вы можете оценить округлость и смещение или изменить наладку токарных станков».

Ранее публиковалось на AdvancedManufacturing.org.