Координатно-измерительные машины и 3D-сканеры в промышленности

Top 3D Shop приветствует вас! Сегодня рассказываем о технологиях механического и оптического сканирования в трех измерениях. Знакомим с принципами работы и областями применения КИМ — координатно-измерительных машин. Сравниваем разное оборудование. Узнайте больше из статьи.

Введение

Источник: aberlink.com

Координатно-измерительные машины (КИМ) – это приборы для точных контактных измерений объектов. Устройства работают при помощи специальных датчиков (зондов), определяющих положение точек на поверхности объектов.

Перемещением измерительной головки может управлять компьютер или оператор. Координатно-измерительная машина определяет положение датчика по изменению его положения, в сравнении с исходной позицией по осям XYZ. Для работы в труднодоступных участках КИМ изменяет угол наклона датчика при движении.

Источник: starrapid.com

Хронология создания КИМ

1950-е годы XX века. Шотландская компания Ferranti Company представила миру первый образец 2х-осевой измерительной машины. Устройство было разработано для решения задач военной промышленности. 

1960-е годы XX века. Итальянская компания DEA создает 3х-осевые КИМ. 

1970-е годы XX века. Появление устройств, управляемых компьютером.

1980-е годы XX века. Browne&Sharpe разрабатывают первую коммерческую машину с цифровым управлением. 

Стоявшие у истоков развития отрасли Browne&Sharpe и DEA теперь входят в состав шведского холдинга Hexagon AB.

Механические измерения

Ручные КИМ

Источник: directindustry.com

Портативные ручные КИМ мобильны, их можно использовать в любом месте на производстве. Большинство приборов беспроводные, поэтому могут работать на труднодоступных участках. Устройства разработаны для высокоточных измерений деталей сложной геометрической формы: со сложными гранями, отверстиями, углубления и тп. При помощи оборудования проводят GD&T анализ (формы, размеров и допусков) и контрольные сравнения готовых образцов с базовыми цифровым моделями.

Источник: directindustry.com

Для работы с ручными КИМ не нужна специальная подготовка, так как оборудование не требует сложной настройки и калибровки. Использование таких приборов вместе с другими устройствами для изменений и оцифровки расширяет функционал и область применения оборудования. 

Горизонтальные рычажные КИМ

Источник: metrology.news

В случаях, когда нужен свободный доступ к детали с разных сторон, используют КИМ с горизонтальным рычагом. Устройство работает на тяжелой платформе, которая гарантирует неподвижность объекта во время измерений. Конструкция предусматривает защиту пользователей от травм, а предметов — от деформаций. 

Среди контактных измерительных приборов, координатно-измерительные машины с горизонтальным рычагом быстрее всех решают задачи в области автоматизированного метрологического контроля. 

Мостовые КИМ

Источник: metrology.news

Мостовые КИМ разработаны специально для высокоточных и сложных измерений. Они оцифровывают углубления и отверстия очень маленького диаметра. Конструктивные особенности приборов:

• тяжелое, как правило гранитное основание;
• система виброизоляции;
• жесткая конструкция для исключения различных видов повреждений;
• линейка сменных щупов, датчиков и зондов для точности измерений и сравнения готовой детали с базовой программной моделью. 

Два варианта исполнения: статичная рабочая платформа и подвижный мост, или статичный мост и подвижная платформа. 

Портальные КИМ

Источник: directindustry.com

С помощью портальных КИМ измеряют крупногабаритные объекты. Сами приборы тоже имеют большой размер. Направляющие изготавливают из жестких, устойчивых к изменению температур и деформациям материалов. Открытый тип конструкции упрощает работу: установку, непосредственно измерение и перемещение деталей. 

Оптическое 3D-сканирование

Лазерное 3D-сканирование

Источник: 3d-scantech.com

Лазерные 3D-сканеры — представители другой технологии измерений объектов. Одно из ключевых различий измерений при помощи зонда и лазера — в возможности передачи формы объектов. Механическое сканирование не дает представления о форме предметов. При оцифровке объектов лазерным сканером создается облако точек, на основании которого программное обеспечение формирует трехмерную детализированную и высокоточную модель. 

Источник: whatech.com

Лазерное сканирование — бесконтактная технология, поэтому широко используется для дистанционного контроля качества, при работе с хрупкими и легко деформируемыми объектами. Так как лазеры – источники когерентного света, лазерные 3D-сканеры практически не подвержены колебаниям условий окружающей среды.

Сканирование со структурированной подсветкой

Источник: 1zu1prototypen.com

Оптические 3D-сканеры, работающие на базе технологии структурированного подсвета, обычно отличаются более демократичной ценой, по сравнению с лазерными устройствами. На объект сканирования направляют световую сетку, камеры фиксируют форму световой проекции и рассчитывают координаты каждой точки. На базе полученной информации программное обеспечение строит цифровую модель.

Источник: 1zu1prototypen.com

Несмотря на то, что 3D-сканеры, работающие по этой технологии, уступают в точности лазерным, они имеют ряд преимуществ:

• доступная цена;
• простота использования;
• безопасная оцифровка живых существ (в том числе людей).

Источник: 1zu1prototypen.com

При необходимости сканировать труднодоступные участки, например, каналы и отверстия, сканеры со структурированной подсветкой дополняют ручными инструментами для измерений.

Мультисенсорные устройства

Источник: interestingengineering.com

Совмещая контактные и бесконтактные технологии измерения, мультисенсорное оборудование включает в себя сильные стороны каждого метода:

• возможность высокоточных измерений в труднодоступных местах — преимущества КИМ;
• высокая скорость работы и большее количество получаемой информации — преимущества оптических сканеров.

Конструкция таких приборов представляет собой 3D-сканер, укомплектованный дополнительным щупом с датчиком. 

Источник: metrology.news

Строение мультисенсорных машин не имеет строгих стандартов, поэтому они могут различаться у разных производителей и в зависимости от назначения. 

Роботизированные координатно-измерительные машины

Источник: metrology.news

Лучшим решением для автоматизации измерений становятся роботы. Устройства работают независимо от условий внешней среды, всегда с одинаково высокой точностью, без усталости и выходных. Роботы заменяют людей в условиях вредного и опасного производства. Работают с крупногабаритными и мелкими объектами. 

В качестве датчика может выступать КИМ, оптический сканер, зонд и другие контрольные приборы. Сегодняшний опыт использования доказывает, что роботизированным КИМ доступны любые метрологические измерения.

Кейсы с использованием измерительного оборудования

Оцифровка шестерни для модернизации, DeWys Engineering

Источник: youtu.be

Перед компанией стояла задача — реконструкция вышедшей из строя крупной литой шестерни из коробки передач. Для решения был использован роботизированный 8-ми осевой мультисенсорный центр Faro Platinum Arm LLP V3, оснащенный функциями механического и лазерного трехмерного сканирования. После оцифровки и контроля отверстий детали, данные были собраны и обработаны в программном обеспечении Geomagic Design X. Созданная модель была отправлена в Soildworks для дополнительной обработки, затем специалисты DeWys Engineering подготовили файл с руководством по созданию копии шестерни на зубофрезерном станке.

Контроль качества крупных партий товара, Computer Aided Technology

Источник: cati.com

Боб Ренелла, менеджер компании, поделился, что предприятие регулярно проводило контроль качества крупных партий деталей. В связи с этим перед ним встала задача — оптимизировать процессы: сократить временные затраты без потери точность проверки. Привычные технологии уже не устраивали компанию: в проверке каждой детали был задействован оператор, случались потери времени и качества.

Computer Aided Technology оказалась в условиях выбора: 

1. Купить дополнительную контрольно-измерительную машину и привлечь новую рабочую силу для обслуживания.
2. Привлечь сторонние организации к выполнению части проверок, что увеличит расходы и, возможно, качество измерений.
3. Инвестировать в более современное оборудование.

Источник: creaform3d.com

Руководство остановилось на последнем варианте. В результате приобретения комплекта: беспроводного Creaform HandyProbe и двухкамерного C-Track компания получила ряд преимуществ:

1. Мобильный сканер позволил оператору работать на любом участке предприятия, что позволило сэкономить время и усилия, которые тратили на транспортировку партий товара к месту проверки.
2. Размер проверяемых деталей перестал быть ограничен возможностями старой контрольно-измерительной машины.

Благодаря совместному использованию Creaform HandyProbe и программного решения от INNOVMETRIC — PolyWorks Inspector, работа оператора стала значительно проще. Теперь специалист действует по алгоритму, предложенному ПО в режиме реального времени.

Инспекция 10-ти метрового рычага вала при помощи ScanTech TrackScan и светового пера TrackProbe за 15 минут

Источник: 3d-scantech.com

При работе экскаватора на рычаг ковша действуют большие нагрузки, вследствие которых втулки отверстия вала ковша интенсивно изнашиваются. Увеличение диаметра отверстия вала ковша приводит к увеличению биения вала в отверстии рычага, что впоследствии влечет за собой поломку техники. Соответственно, регулярная инспекция размера отверстий рычага предотвращает выход из строя оборудования. Покупать КИМ для решения этой задачи — дорого и нецелесообразно, так как такие машины устанавливают стационарно, а транспортировка крупногабаритных деталей к месту установки КИМ влечет за собой дополнительные временные и финансовые затраты.

Источник: 3d-scantech.com

Оцифровка, обработка результатов и контроль качества 10-метрового рычага прямо на месте эксплуатации заняли 15 минут. Специалисты использовали 3D-сканер ScanTech TrackScan, созданный в партнерстве с норвежским производителем Metronor. Сканер работает без маркеров, в комплекте со световой ручкой TrackProbe производит высокоточные измерения отверстий любой глубины и радиуса. 

Итоги

Источник: creaform3d.com

Требования к качеству продукции, в условиях жесткой конкуренции между производителями, постоянно растут. Соответственно, растут потребности производства в оптимизации процессов контроля качества: увеличении скорости и точности, снижении себестоимости. Рынок требует профессиональное оборудование: 3D-сканеры и КИМ, несложные в эксплуатации, готовые к применению, решающие специфические задачи различных отраслей. 

Для создания соответствующей высоким требованиям потребителей продукции, сохранения конкурентных позиций, поставщикам товаров и услуг необходимо своевременно инвестировать в современное оборудование.

Заказывайте контрольно-измерительные и 3D-сканирующие устройства в Top 3D Shop — у крупнейшего интегратора и поставщика цифровой производственной техники на российском рынке.