Как выбрать 3D-сканер для контроля качества
Здравствуйте! С вами Top 3D Shop и в очередном обзоре мы рассказываем о выборе 3D-сканера для контроля качества на производстве.
Источник: capture3d.com
Каковы современные технологии контроля качества в процессе производства и для готовой продукции, какое оборудование применяется и какие преимущества оно имеет — узнайте больше из этой статьи.
Содержание
- Что такое контроль качества, контроль геометрии
- Необходимость контроля качества на производстве
- Способы контроля геометрии изделий
- Преимущества 3D-сканеров для контроля качества
- Программное обеспечение
- Инфографика: Как выбрать 3D-сканер для контроля качества
- Примеры применения
- Заключение
Что такое контроль качества, контроль геометрии
Источник: metrology.news
В широком смысле, контроль качества (QC) – процесс, с помощью которого производитель обеспечивает сохранение или улучшение качества продукции. Контроль осуществляется путем установки контрольных показателей качества и тестирования продукции на предмет отклонений от них. Тестирование продукции и сопоставление полученных данных со спецификациями определяют необходимость каких-либо корректирующих действий в производственном процессе. Важный аспект контроля качества – использование метрологических средств измерений для стандартизации производственных процессов.
Источник: metrology.news
Контроль геометрии – частный случай контроля качества, где с помощью технических средств проводится измерение тестируемого объекта, его размеров и формы. Применение метрологических 3D-сканеров позволяет получить облако точек исследуемой поверхности, на основе которых создается максимально точная 3D-модель детали, используемая затем для сравнения с эталонной или CAD-моделью.
Необходимость контроля качества на производстве
Источник: capture3d.com
Автоматизированные методы контроля геометрии позволяют существенно сократить затраты на контроль качества, по сравнению с традиционными способами проверки изделий. Если с помощью ручного обмера возможно, без замедления производства, контролировать качество изготовления деталей только выборочно, то с помощью современных способов можно проверять каждую деталь на конвейере.
Проведение некоторых видов контроля качества обычными методами вообще невозможно. Оценка износа деталей самолетов, турбин или какой-то иной геометрически сложной техники, работающей с высокой нагрузкой, возможна только сравнением с проектными моделями, имеющимися в распоряжении изготовителя и составляющими коммерческую тайну. Только 3D-сканирование позволяет быстро провести требуемые измерения и отправить результаты для сравнения или оценки в любую точку мира, производителю или эксперту.
Способы контроля геометрии изделий
Источник: sudonull.com
Для контроля геометрии могут использоваться различные методы и типы оборудования:
-
Ручной обмер;
-
Оптические 3D-сканеры;
-
Лазерные 3D-сканеры;
-
Наземные 3D-сканеры;
-
Контрольно-измерительные машины (КИМ);
-
Манипуляторы с сенсорами;
-
Фотограмметрическое оборудование;
-
Системы технического зрения.
Пример применения технического зрения:
Ручной обмер
Источник: mitutoyo.com
Ручной обмер по-прежнему используется для проведения единичных измерений объектов простой формы. В современном производстве этот метод контроля качества практически не применяется из-за низкой скорости и влияния человеческого фактора.
Источник: metrology.news
Получение информации об объекте с использованием ручных 3D-сканеров имеет больше преимуществ, по сравнению с ручным обмером, так как позволяет быстро и точно собирать полные данные о форме, размерах, цвете и фактуре поверхности детали, сразу обрабатывать и передавать полученные данные в цифровом виде.
Обмер стационарными КИМ — координатно-измерительными машинами
Источник: metrology.news
Координатно-измерительные машины перемещают контактный щуп по нескольким осям. Каждый раз, когда зонд касается проверяемой детали, измеряются координаты точки в трехмерном пространстве, которые сохраняются в цифровом виде. На основании сравнения полученного облака точек с моделью CAD создается отчет о проверке качества изделия.
Для получения информации о каждой точке требуется физическое перемещение щупа к ней, что требует времени — процесс достаточно долгий. Измерение с помощью КИМ дает возможность измерять глубокие отверстия и другие труднодоступные или недоступные оптическим сканерам участки поверхности.
Главное преимущество КИМ — высокая точность измерений, главный недостаток — низкая скорость.
Обмер оптическим или лазерным 3D сканером
3D-сканеры могут получать миллионы точек за считанные секунды. КИМ собирает несколько точек и использует их для вычисления формы поверхности, 3D-сканер же создает облако точек всей детали.
Обмер с помощью фотограмметрии
Фотограмметрия – технология получения информации об объекте на основе его фотографий, снятых с разных ракурсов — ПО для фотограмметрии автоматически анализирует большое количество цифровых изображений, для получения трехмерной реконструкции. Может потребоваться ручное вмешательство, чтобы определить положение фотографий в процессе обработки.
Хотя фотограмметрия может использоваться как самостоятельный метод контроля качества, лучших результатов можно достичь, комбинируя ее с 3D-сканированием.
3D-сканер с зондом
Источник: 4thdimension.gr
Портативные оптические координатно-измерительными машины – гибрид 3D-сканера и КИМ, — инструмент для совмещения высокой точности и способности измерения труднодоступных участков, присущих КИМ, со скоростью работы бесконтактных оптических 3D-сканеров.
Для этого они снабжены щупом на основном корпусе или отдельным комплектным устройством (на фото — слева), как Scantech TrackScan-P22.
Преимущества 3D-сканеров для контроля качества
Источник: 3d-scantech.com
Преимущества контроля качества с использованием 3D-сканеров:
-
Более точные данные, чем в традиционных методах контроля качества;
-
Больше данных — миллионы точек поверхности;
-
Полученные данные могут быть напрямую использованы инженерными службами;
-
Сканирование может быть автоматически повторено для других деталей той же серии.
Программное обеспечение
Geomagic Control X
Источник: 3dsystems.com
Geomagic ® Control X ™ – профессиональное программное обеспечение для трехмерного контроля качества и контроля размеров, собирающее и обрабатывающее данные с 3D-сканеров и других измерительных устройств. Программа обеспечивает контроль качества на каждом этапе, включая проектирование, производство, проверку и обслуживание, а также экспорт результатов работы для дальнейшей обработки.
GOM Inspect Suite
Источник: gom.com
GOM Inspect Suite – бесплатный пакет программного обеспечения для реверс-инжиниринга, с помощью которого можно импортировать данные CAD, создавать полигональные сетки из облаков точек, выполнять 3D-инспекции, легко компилировать результаты в отчеты. ПО поддерживает большинство существующих форматов: PMI, IGES, JT Open, STEP и др. GOM поддерживает интерфейсы для цифровой передачи контрольных характеристик.
Качественные характеристики и справочные системы, реализованные в CAD с помощью семантического дизайна, можно передавать в цифровом виде и оценивать с учетом контекста. Поскольку план измерений создается непосредственно во время импорта CAD, нет необходимости в дополнительном сложном программировании.
GOM Inspect Suite включает в себя все стандартные функции выравнивания, в том числе: выравнивание RPS, иерархическое выравнивание на основе геометрических элементов, выравнивание в локальной системе координат, использование опорных точек и различные процедуры наилучшего соответствия, такие как глобальное и локальное наилучшее соответствие. Кроме того, может выполняться индивидуальная регулировка, например — для лопаток турбины или уравновешенной балки.
Инфографика: Как выбрать 3D-сканер для контроля качества
Прежде всего, необходимо определиться с размерами сканируемых объектов – это влияет на выбор технологии сканирования и форм-фактора сканера (стационарный настольный, ручной или напольный/наземный):
-
Для объектов размерами более 10 м по любой из осей координат не подойдут ручные 3D-сканеры с привычными технологиями лазерной триангуляции или структурированного света. Сканирование таких объектов займет немало времени, а из-за растущей погрешности снижается точность сбора данных, эта проблема частично решается фотограмметрией. Для сканирования очень крупных объектов, таких как самолеты, корабли и здания, эффективнее всего использовать времяпролетные сканеры.
-
Портативные КИМ будут полезны, если у объектов много неровностей и отверстий под детали и крепления, если нужна микронная точность измерений, а также если достаточно проверки базовой геометрии по нескольким точкам.
-
Для объектов от 10 до 50 см лучше всего подходят стационарные (настольные или напольные на треноге) 3D-сканеры, лазерные и оптические, в комплекте с автоматическим поворотным столом. Оптические настольные и напольные сканеры дешевле и доступнее лазерных. Для задач, требующих высокой скорости сканирования, можно использовать некоторые ручные лазерные сканеры.
-
Для мелких объектов лучше всего подойдут настольные высокоточные сканеры с мультиосевым столом. Сканеры такого типа можно разделить на 2 группы: стоматологические и универсальные. Стоматологические сканеры, созданные для сканирования слепков зубов, имеют очень высокую точность, высокое разрешение и встроенные в конструкцию поворотные столы, с возможностью крепления окклюдатора и подставок для слепков. Эти сканеры обычно оборудованы мультиосевым поворотным столом. Такая конструкция позволяет автономно отсканировать большую часть поверхности объекта. Преимущество таких сканеров — хорошая глубина сканирования, позволяющая правильно передавать все углубления, их размер и форму.
Для объектов размерами 10-50 см лучше всего подойдут лазерные ручные сканеры, если соблюдается хотя бы одно из условий:
-
3D-сканирование планируется использовать очень часто;
-
объект сканирования невозможно транспортировать в студию, например, это несъемная деталь массивного механизма, или транспортировка невозможна по другим причинам;
-
если нет достаточно места для размещения стационарного сканера;
-
поверхность объекта сложна для сканирования оптикой – черная или сильно бликующая.
Определившись с размерами сканируемых объектов, важно понять — какая требуется точность сканирования, погрешность измерений, и необходима ли метрологическая сертификация 3D-сканера.
Примеры применения
Метропоезд: 3D-сканирование в создании вагонов
Благодаря экологичности, эффективности и удобству, метро — самый популярный вид городского транспорта в мегаполисах. В том числе потому, что безопасно, а безопасность гарантируют высокие стандарты проектирования и производства поездов.
Производство головного вагона-локомотива метропоезда разделено на несколько этапов, от проектирования до сборки, и Scantech использовался для сканирования деревянной формы обтекателя головной части поезда, чтобы сравнить полученные данные с исходным проектом и внести исправления при необходимости.
Обычно используются фотограмметрические сканеры, но их применение связано с рядом проблем:
1. Они не портативны, а процесс сканирования средних и крупных объектов сложен и требует много времени.
2. Части с высокими требованиями к детализации необходимо сначала опрыскать спреем или посыпать матирующим порошком, что трудоемко и отнимает много времени, а эффективность работы низкая.
Качество такого сканирования зависит от различных факторов, таких как освещение и свойства самой детали, и не может удовлетворить требования заказчика к проверке. Эффективность сканирования фотограмметрическими 3D-сканерами и 3D-сканерами с шарнирно-сочлененной рамой низкая, они не гарантируют точность сканирования крупных деталей.
Для контроля качества китайским заводом был применен 3D-сканер Scantech HSCAN771.
Портативный сканер HSCAN771 с фотограмметрической системой MSCAN сканирует быстро, с высокой точностью и оптимизирован для контроля средних и крупных деталей, он полностью отвечает требованиям клиентов.
Плюсы применения:
1. Целевая точка позиционируется автоматически и не требует отслеживания с помощью дополнительной роботизированной руки или другого устройства;
2. Устройство легкое и удобное, гибкое в эксплуатации и значительно повышает эффективность работы при работе с глобальной фотограмметрической системой при сканировании крупных объектов;
3. HSCAN771 может сканировать в ограниченном пространстве, одновременно могут работать несколько сканирующих устройств, все данные находятся в одной системе координат, нет необходимости в последующей сшивке; полученные при сканировании данные сравниваются с цифровой моделью головного вагона метро, ПО выявляет отклонения.
Выявленные несоответствия устраняются, после повторного сканирования выявления полного соответствия детали цифровой модели она к производству.
Автопром: CFD-анализ камеры сгорания двигателя
CFD расшифровывается как Computational Fluid Dynamics и представляет собой метод анализа и решения проблем с помощью компьютерной симуляции гидродинамических процессов. Компьютер выполняет расчеты, необходимые для моделирования взаимодействия жидкостей и газов с поверхностями. 3D-сканирование позволяет получить высокоточные структурные объемные данные, которые облегчат и ускорят анализ CFD.
Полигональная модель в формате stl
В этом примере 3D-сканер Scantech PRINCE775 использовался для сканирования крышки цилиндра двигателя, проверки ее геометрии и качества обработки поверхности.
При изготовлении крышки цилиндра заказчик обнаружил, что внутренняя структура камеры сгорания изменилась, и надеялся получить сканированием значения отклонений.
Ранее для этой цели использовались контактные методы измерения и фотограмметрия, которые вызывали некоторые затруднения, а именно:
1. Контактные и фотограмметрические методы измерения с трудом фиксируют некоторые части при сложной геометрии детали, эффективность низкая;
2. Детали ключевых элементов очень маленькие и требуют чрезвычайно высокого разрешения, обычным 3D-сканерам сложно передать высокую детализацию.
3D-сканер PRINCE775 имеет два режима сканирования — можно регулировать разрешение в соответствии с требованиями к деталям, контролировать объем файловых данных, сохраняя скорость измерения и детализацию, что обеспечивает высокую эффективность и удобство измерений.
Детализация после сканирования в режиме синего лазера
Камера с высоким разрешением и частотой 120 кадров в секунду в режиме синего цвета обеспечивает высокую детализацию данных, а режим однолучевого лазерного сканирования гарантирует, что с мертвого угла глубокого отверстия можно также получить 3D-данные.
Результаты сравнения
Сравнение отклонений
Время 3D-сканирования
-
Расстановка маркеров — 2 минуты.
-
Сканирование объекта — 10 минут.
-
Постобработка данных — 10 минут.
Всего 22 минуты.
Судостроение: контроль качества на «Красном Сормово»
Источник: rangevision.com
В Нижнем Новгороде, на судостроительном заводе «Красное Сормово», инженеры и руководство завода решили, что изготовление штучных литых деталей станет точнее и эффективнее с контролем качества с применением 3D-сканирования. Метод дает не только большую точность, в сравнении со старой технологией — с предварительным созданием сложных в изготовлении приспособлений и проверки с их помощью, — но и увеличивает скорость и снижает стоимость процесса.
Источник: rangevision.com
Пример: контроль высокоточного литья, а именно — величины припусков посадочных диаметров, деталь — ступица винта высотой 700 мм и диаметром 800 мм.
Заключение
Источник: faro.com
Традиционные методы контроля качества были эффективны на протяжении десятилетий, но современные технологии дают более точный и информативный результат. Что немаловажно в условиях нарастающего темпа производства — происходит это намного быстрее.
3D-сканирование для контроля качества, как в процессе производства так и в готовой продукции, обеспечивает сокращение производственного цикла, ускорение производства и повышение качества готового продукта.
Рекомендуемые товары
Оставить комментарий