Оптическая (большой, жирный, быстрый) измеритель

Написано Клиффом Блиссом, коммерческим директором по 3D-оптическим датчикам в Hexagon Manufacturing Intelligence

Шагните в мир оптической метрологии, и вам станет ясно одно. Этот динамично развивающийся бизнес-сектор продолжает внедрять новые конструкции портативных координатно-измерительных машин (ИКММ) для проверки крупных компонентов и приспособлений. Крупные производители все еще находятся в поиске обновленных оптических методов для трехмерных измерений на месте на больших площадях, используемых в аэрокосмической, судостроительной, автомобильной и других отраслях. Необходимость тщательного детального анализа поверхностей приводит к появлению более совершенных инструментов для оптических измерений, которые предоставляют большие наборы данных, в отличие от контрольных приспособлений старого образца с жесткими измерительными приборами.

В новых системах оптической фотограмметрии на основе камер представлены новые конструкции, которые существенно отличаются от старых версий традиционных наборов оптических инструментов. Поскольку эти системы используются в суровых промышленных условиях или в удаленных наружных условиях, инженеры уделяют особое внимание прочности и устойчивости этих систем к механическим воздействиям, таким как вибрации или удары. На этапе исследований и разработок используются длительные испытания для проверки точности системы по всему объему измерения. В более новых системах две высокопроизводительные камеры встроены в прочный корпус, что позволяет осуществлять осмотр, отслеживание и позиционирование даже в суровых производственных условиях с пылью и вибрациями.

Новый дизайн, быстрый возврат

Современные оптические системы, основанные на фотограмметрии, бывают самых разных конфигураций. Более новый дизайн будет содержать две 8-мегапиксельные цифровые камеры высокого разрешения в закрытом луче камеры. Эти встроенные цифровые камеры способны быстро захватывать любой тип цели, размещенной на измеряемом компоненте или на портативном измерительном устройстве. Сгенерированные изображения обрабатываются автоматически, а данные 3D-координат рассчитываются в режиме реального времени. Такие проблемы, как вибрация, шум и изменение положения, которые годами беспокоили метрологов, больше не являются проблемой. На рынке есть оптические системы, которые предлагают новую технологию, называемую динамической привязкой, которая позволяет системе автоматически обнаруживать и компенсировать эти возмущения окружающей среды с помощью оптического отслеживания. Эта функциональность гарантирует постоянную стабильность процесса, даже если система перемещается во время сеанса измерения.

Дополнительные возможности

Технологическая игла также продвинулась вперед с точки зрения точности. В настоящее время на рынке представлены оптические измерительные системы, которые могут измерять объекты объемом до пяти метров с диапазоном точности от 40 до 80 микрон. Новая возможность для решений на основе камер — это возможность одновременного захвата нескольких точек и расширения их использования для нагрузочных и усталостных испытаний в лабораторных условиях, а также для других статических и динамических приложений. Объедините эти достижения с динамической привязкой, и теперь у пользователя есть набор инструментов, который может точно определять геометрические условия и использоваться в высокоактивных промышленных условиях с минимальным временем простоя или без него.

Быстрая работа

Любой технический специалист, который когда-либо пытался быстро и точно выровнять компонент, может оценить сложность задачи. Хорошим примером является расположение двери автомобиля на боковой панели. Это непростая работа, но производители автомобилей борются с ней каждый день в процессе создания прототипов. Каждый раз, когда винт регулируется с одной стороны двери, а затем проверяется с другой стороны, он перекашивается. Это упражнение может быть длительным и утомительным процессом, обычно занимающим до 30 минут, чтобы выровнять дверь на основе ее данных САПР и подгонки. Этот сценарий также предполагает, что никто ничего не трогает во время процедуры.

Таким образом, вступает в действие система оптического слежения на основе камеры. Эти решения для фотограмметрии очень просты в настройке, точно так же, как фотограф настраивает свое оборудование для фотосессии. Один оператор устанавливает панель камеры на штатив и готов к работе. К штативу также можно прикрепить ролики для облегчения перемещения по цеху. Система фотограмметрии расположена в наилучшем положении для измерения прямой видимости, а датчик ориентирован на измеряемый объект. Весь процесс настройки завершается за считанные минуты. Новые системы включают в себя датчики с контролем температуры, что означает, что датчик может регулировать собственную термостабильность.

Теперь вернемся к задаче позиционирования двери автомобиля в боковой панели с помощью оптической техники. Во-первых, оператор подавал сигнал двери с помощью нескольких простых целей. Затем с помощью портативного щупа будут зафиксированы важные особенности двери для процедуры предварительного выравнивания. Тот же процесс будет применен к боковой панели. Оба компонента теперь захвачены в соответствующие им системы координат.

Технология на основе камеры позволяет одновременно измерять несколько точек на этих компонентах, а также динамически отслеживать тела с 6 степенями свободы. Программное обеспечение для измерений показывает ход процесса выравнивания в режиме реального времени с использованием визуальных флажков отклонения на экране компьютера для руководства. Оператор может использовать данные для поворота винта и регулировки, а затем проверить, достигнуто ли целевое положение. Короче говоря, метки отклонения действуют как индикаторы быстрого выравнивания компонентов в течение нескольких минут.

Суровые условия, нет проблем

Классическим вопросом любого метролога является вопрос о том, достаточно ли стабильна промышленная среда для проведения измерений. В зависимости от размера объекта или сборки еще одна проблема заключается в том, придется ли перемещать метрологическую систему во время сеанса. Эти две нерешенные проблемы были решены с помощью динамических ссылок, как обсуждалось ранее. Используя мишени на боковой панели автомобиля в качестве опорных точек, система фотограмметрии может компенсировать движение датчика. Эта же технология может также компенсировать измерение объекта в зоне, где есть вибрация или другие факторы, способствующие нестабильной среде.

Поскольку области прямой видимости объекта или сборки измеряются одновременно, каждый снимок напрямую преобразуется в глобальную систему координат. Измерения выполняются надежно, даже если рабочий касается детали или трясет приспособление. Нет необходимости в ручной перенастройке, так как фотограмметрическая система остается в сети и продолжает собирать данные, пока во время сеанса происходят повседневные действия на рабочем месте.

Новая альтернатива 

Поставщики оптических метрологических решений, безусловно, следуют основным тенденциям в отрасли:упрощение работы с оборудованием, более интеллектуальное программное обеспечение и более быстрое получение данных. Эти функции в сочетании с надежными и стабильными результатами измерений новых ИКММ на основе камер представляют собой альтернативу традиционным измерительным приборам или решениям, основанным только на контактных щупах. В дополнение к точному контролю эти системы также могут отслеживать и упрощать процессы сборки, а также помогать оператору выполнять операции по позиционированию и выравниванию с немедленной обратной связью. Помимо ускорения процесса измерения, современные оптические системы на основе камер работают значительно быстрее во многих других статических и динамических приложениях, что приводит к экономии времени и снижению затрат для тех, кто использует новую парадигму.

Ранее публиковался в журнале Quality Magazine.