Крупно, смело, быстро: передовая оптическая метрология для крупномасштабных отраслей

Автор: Клифф Блисс, менеджер коммерческих операций 3D оптических сенсоров в Hexagon Manufacturing Intelligence

Войдите в мир оптической метрологии, и одно становится ясным. Этот яркий бизнес-сектор продолжает инновировать новые дизайны портативных координатно-измерительных машин (ПКИМ) для инспекции крупных компонентов и приспособлений. Крупномасштабные производители все еще на охоте за обновленными оптическими методами для адресации in situ 3D измерений по большим площадям поверхностей, найденных в аэрокосмике, судостроении, автомобилестроении и других отраслях. Необходимость тщательно анализировать поверхности в деталях движет тренд к лучшим оптическим измерительным инструментам, предоставляющим большие наборы данных, в отличие от старых чек-приспособлений с жестким измерением.

Новые камерные оптические фотограмметрические системы вводят новые дизайны, которые являются большими отклонениями от старых версий традиционных оптических наборов инструментов. Поскольку эти системы используются в суровых промышленных средах или в удаленных наружных условиях, инженеры кладут специальный дизайн-фокус на надежность и устойчивость этих систем к воздействию механического стресса, такого как вибрации или удары. Во время фазы исследования и разработки, продолжительное тестирование используется для проверки точности системы по всему измерительному объему. Новые системы встраивают две высокопроизводительные камеры внутри надежного корпуса, позволяя инспекцию, трекинг и позиционирование даже в грубых производственных средах с пылью и вибрациями.

Новые дизайны, быстрые возвраты

Современные оптические системы на основе фотограмметрии приходят во многих разных конфигурациях. Новый дизайн будет содержать два высокорезультационных, 8-мегапиксельных цифровых камеры в закрытом камерном луче. Эти интегрированные цифровые камеры способны быстро захватывать любой тип мишеней, помещенных на компоненте для измерения или на ручном зондирующем устройстве. Сгенерированные изображения обрабатываются автоматически и 3D координатные данные рассчитываются в реальном времени. Проблемы как вибрация, шум и изменение позиции, которые мучили метрологов годами, больше не проблематичны. Есть оптические системы на рынке, предлагающие новую технологию, называемую динамической референцированием, которая позволяет системе автоматически обнаруживать и компенсировать эти среды нарушения оптическим трекингом. Эта функциональность гарантирует постоянную стабильность процесса, даже если система перемещается во время сессии измерения.

Больше достижений

Технологическая игла также двинулась вперед в плане точности. Есть оптические измерительные системы на рынке сейчас, которые могут измерять объекты до пяти метров в объеме с диапазоном точности 40–80 микрон. Новая способность для камерных решений — возможность одновременно захватывать множественные точки, и расширять их использование в нагрузочное тестирование и усталостное тестирование в лабораторных настройках, а также другие статические и динамические применения. Соедините эти достижения с динамическим референцированием, и пользователь теперь имеет набор инструментов, который может обнаруживать геометрические условия с точностью и использоваться в высокоактивной промышленной настройке с минимальным или нулевым простоями.

Быстрая работа

Любой техник, кто когда-либо пытался выровнять компонент быстро и точно, может оценить сложность задачи. Хороший пример — позиционирование автомобильной двери в боковой панели. Это не легкая работа, но предприятие, с которым автомобильные производители борются каждый день в процессе прототипирования. Каждый раз, когда винт регулируется на одной стороне двери, а затем проверяется на другой, она деформируется. Это упражнение может быть длительным, утомительным процессом, обычно занимающим до 30 минут для выравнивания двери на основе ее CAD-данных и посадки. Этот сценарий также предполагает, что никто не трогает ничего во время процедуры.

Так входит камерная оптическая система трекинга. Эти фотограмметрические решения интринсически легки в наладке, так же, как фотограф настраивает свое оборудование для фотосессии. Один оператор монтирует камерную перекладину на штатив и готов к работе. Ролики также могут быть прикреплены к штативу для более легкого перемещения по цеху. Фотограмметрическая система помещается в лучшую позицию для измерения по линии видимости, и сенсор ориентируется на объект для измерения. Весь процесс наладки завершается за минуты. Новые системы включают сенсоры, которые термоконтролируются, означая, что сенсор может регулировать свою собственную термическую стабильность.

Теперь вернемся к задаче позиционирования автомобильной двери в боковой панели с использованием оптической техники. Сначала оператор пометил бы дверь некоторыми простыми мишенями. Затем критические особенности двери бы захватывались с использованием ручного зонда для процедуры предварительного выравнивания. Тот же процесс применялся бы к боковой панели. Оба компонента теперь захвачены в их соответствующих координатных системах.

Камерная технология позволяет одновременное измерение множественных точек на тех компонентах и также трекинг 6DoF тел динамически. Программное обеспечение измерения показывает прогресс процесса выравнивания в реальном времени с использованием визуальных флагов отклонения на экране компьютера для руководства. Оператор может использовать данные для поворота винта и регулировки, затем верифицировать, когда целевая позиция достигнута. Короче, флаги отклонения действуют как индикаторы для быстрого выравнивания компонентов в течение нескольких минут.

Суровые среды — нет проблем

Классическое соображение любого метролога — является ли промышленная среда достаточно стабильной для измерения. Основанный на размере объекта или сборки, другой вопрос — будет ли метрологическая система вынуждена перемещаться во время сессии. Те два висячих вопроса были решены с динамическим референцированием, как обсуждалось ранее. Используя мишени на боковой панели автомобиля как опорные точки, фотограмметрическая система может компенсировать движение сенсора. Эта же технология может также компенсировать измерение объекта в зоне, где есть вибрация или другие факторы, вносящие вклад в нестабильную среду.

Поскольку зоны видимости объекта или сборки измеряются одновременно, каждый выстрел прямо трансформируется в глобальную координатную систему. Измерения берутся надежно, даже если рабочий касается детали или трясет приспособлением. Никакого ручного перевыравнивания не требуется, так как фотограмметрическая система остается онлайн и продолжает получать данные пока повседневные рабочие активности происходят во время сессии.

Накрывающаяся альтернатива

Поставщики оптических метрологических решений определенно следуют основным трендам отрасли: более легкая операция железа, более умное ПО и более быстрый захват данных. Эти функции, соединенные с надежными и стабильными результатами измерений более новых камерных ПКИМ, предоставляют альтернативу традиционным измерителям или только тактильным зондам. Помимо прецизионной инспекции, эти системы могут также мониторить и упрощать процессы сборки, и помогать вести оператора через позиционирование и выравнивание работы с немедленной обратной связью. Помимо ускорения процесса измерения, сегодняшние камерные оптические системы работают значительно быстрее во многих других статических и динамических применениях, приводя к экономии времени и затрат для тех, кто вступает в новую парадигму.

Ранее публиковалось в Quality Magazine.