Выбор 3D-сканера для промышленности. Максим Журавлев. Доклад на Top 3D Expo 2018

3D-сканирование, как фактор развития промышленности

Выступление Максима Журавлева на Top 3D Expo 2018.



Меня зовут Максим и я представляю инжиниринговую компанию Top 3D Shop, которая организовала это мероприятие. Мы занимаемся поставками современного цифрового оборудования, такого как станки с ЧПУ, манипуляторы, специализированное программное обеспечение, 3D-принтеры и 3D-сканеры. Тема моего доклада: 3D-сканирование, как фактор развития современной промышленности. 


 

Типы сканеров

На первом слайде представлены различные типы сканирующих систем, они отличаются по технологии сканирования, по своему типу и выполняют разные типы задач.

Что очень важно — ряд сканеров имеет метрологические сертификаты и внесен в Госреестр измерительного оборудования.






Стационарные сканеры бывают разного типа. RangeVision, на треноге, может сканировать как с поворотного стола, так и без него.
Сканер посередине, от компании Solutionix, является единым целым с поворотным столом, с несколькими степенями вращения.
Слева же у нас сенсор фирмы GOM, установленный на манипуляторе.
Давайте немного разберемся в сканирующих системах. 

Технологии сканирования



Сканирующие системы имеют разные технологии сканирования, я выделил самые популярные на данный момент: справа у нас система фирмы GOM, работает по технологии структурирования света, где на объект сканирования проецируется так называемая маска из проектора, а отклонение фиксируется с помощью двух камер. 

На другой картинке представлена сканирующая система Metroscan, работающая по технологии лазерной триангуляции. Здесь роль маски играет лазерный луч.



Важно понимать, что сканер — совокупность периферийного устройства и программного обеспечения выпускаемых производителем. Многие 3D-сканеры особенно заметно различаются именно в части ПО, например — по принципу сшивки модели. Эти методы разнятся: некоторые используют сшивку по геометрии, другие — по текстуре, третьи — по меткам или сочетанию этих способов.

Я выделил несколько типов, справа налево: стационарные сканеры, с их помощью мы сканируем относительно небольшие объекты с большей точностью, чем способны другие типы сканеров.



Наземные лазерные сканеры предназначены для сканирования крупных объектов, это может быть целое здание или элементы промышленного объекта.

Мобильные контрольно-измерительные машины, с возможностью замены сканирующей головки на щуп. И ручные сканеры, самые мобильные и также довольно точные.

Сканирующие системы не только позволяют производить лучшие продукты, но и сами становятся все лучше. На данном слайде представлен ручной сканер от компании Artec — Artec Leo. Это один из самых интересных сканеров на рынке, его отличительной особенностью является возможность сканирования и работы с результатами сканирования без подключения к рабочей станции и электропитанию, для этого он снабжен батареей, неплохим процессором и встроенным сенсорным дисплеем.



Стоимость оборудования

У разных типов и ценовых категорий сканеров точность разная. она зависит и от применяемых технологий, и от конструкторских решений создателей сканера.



Задачи сканирования

Одна из основных задач 3D-сканирования на производстве — реверс-инжиниринг или обратное проектирование. Получение чертежей единой конструкторской документации — одна из проблем, которые на современном производстве решаются с помощью сканирования. В случае, когда нет сканера, процесс получения чертежа выглядит примерно так: инженеры отправляются на объект с разным измерительным инструментом для снятия эскизных размеров, производят замеры, возвращаются к себе на рабочие места и начинают проектировать модель с нуля, по эскизу в CAD-программе — AutoCADе, Компасе, SolidWorks или какой-то другой, какая есть на предприятии.



Моделирование — трудозатратная задача, которая может отнять много времени у конструктора. Еще одним негативным фактором в процессе создания чертежа может стать ошибка снятия размеров, в этом случае группе инженеров приходится возвращаться на объект. 



Данная процедура может повторяться несколько раз, пока не будет получен качественный, нужный нам чертеж изделия и 3D-модель, это может отнять много времени. Любое современное производство работает с 3D-моделями, куда бы вы сейчас ни обратились для создания прототипа или получения конечного изделия, такого как пресс форма, везде будут требовать 3D-модель. 



Здесь вы можете наблюдать процесс оцифровки кузова автомобиля — метод бесконтактный, как вы видите. 



Сканирующая система получает трехмерную модель в виде облака точек, далее, с помощью программного обеспечения, мы получаем 3D-модель в формате .STL или .OBJ.  



Далее, из данной модели мы можем получить конструкторскую документацию, снять необходимые размеры. Как вы понимаете, если бы это делал человек вручную, он потратил бы огромное количество времени. Процесс оцифровки же довольно прост, с ним может справиться даже школьник. 



На видео представлена сканирующая система Metrascan от компании Сreaform, преимущество которой в том, что система позволяет сканировать с объемной точностью 60 микрон на 16 кубических метров.









Прошу сразу обратить внимание — объемная точность и линейная точность это разные параметры, их нельзя путать.   

Диагностика

При сканировании получаем геометрию изделия по всей его длине, а имея специализированный софт, мы можем на основе этих данных сделать заключение о сканируемом объекте, без необходимости возвращаться на рабочие места, можем сразу отправить с места сканирования отчёт на производство, где будут предприняты необходимые меры для предотвращения аварии и устранения неисправности — это позволит спасти бюджет от больших потерь. 



Информация будет записана на жесткий диск и выгружена в оборот. Таким образом, вы всегда будете иметь доступ к ней. 



Ручное снятие размеров приемлемо лишь для крупногабаритных тяжелых объектов не самой сложной геометрической формы. Кстати, крупные объекты мы тоже оцифровываем с помощью сканера, к примеру — дома или промышленные установки. Данные задачи, как правило, выполняют специализированные сканеры. 
Но, как мы знаем, большинство реальных задач на производстве другие.

Реальные задачи на производстве



На данном слайде вы можете видеть примеры реальных задач современного производства, где бывает необходимо получить цифровую модель головки блока двигателя, пресс формы или другого изделия сложной геометрической формы, что практически невозможно сделать человеку вручную.

Моделирование



На данном графике вы можете наблюдать шакалу зависимости трудозатрат получения 3D-модели и конструкторской документации изделия от его сложности. Как вы понимаете, сканеру абсолютно всё равно, что сканировать: шар, цилиндр, двигатель целиком или в разобранном виде. 

Производства, где системы сканирования отсутствуют, по-прежнему использующие человеческий труд для получения конструкторской документации, чертежей, используют человеческий ресурс неэффективно и лишаются возможности увеличить свою прибыль, сократив трудозатраты в области проектирования и направив их на другие нужные задачи. 

Контроль



Еще одна область применения, где незаменимы сканирующие системы, это осуществление контроля. На любом производстве имеется контроль: входной, выходной, промежуточный. Мы можем использовать различные инструменты при контролировании, я не буду говорить о методах контроля, которые устарели и уже не эффективны. В большинстве случаев там, где отсутствуют сканирующие системы, используются контрольно-измерительные машины, если мы говорим о современном производстве, в противном случае, это разного рода шаблоны и визуальный контроль, не будем об этом. 



Мы живем в эпоху, когда один продукт приходит на смену другому все быстрее, быстро меняющиеся изделия вынуждают изменять цикл разработки, делать его максимально коротким, а вместе с ним меняются и требования к осуществлению контроля выпускаемой продукции. Если вы посмотрите на изделия 5-10 летней давности, увидите, что изменяемость выглядела совсем по-другому. Технологический прогресс производства, изменения в самих технологиях, ускоряет и темп изменений в изделиях.



Получение новых продуктов в более сжатые сроки вынуждает менять технологию производства и сопутствующего контроля. Ужесточающиеся требования к качеству выпускаемой продукции так же меняют требования к контролю качества, что естественно. Усиливающийся контроль позволяет выпускать все более качественную продукцию, на новом уровне, недоступном предприятиям, которые игнорируют прогресс средств контроля качества, и задавать тенденции в развитии целых отраслей.

Преимущества 3D-сканирования



Основное преимущество сканирующих систем перед другими методами контроля: полное сканирование геометрии изделий по всей длине без данных САПР, инспекция всей поверхности изделий и функциональных размеров, экспорт результатов измерений и отчетов на внутренние серверы и в базы данных, статистический контроль процессов. 

Как уже неоднократно говорилось, важна тут и легкость освоения. Я, к примеру, сканировал без обучения: достал сканер, установил программное обеспечение, отсканировал изделие прямо у нас в офисе и получил 3D модель.
Довольно весомым фактором является и то, что сканирующие системы мобильны, в отличие от тех же традиционных контрольно-измерительных машин, позволяют носить их с собой и оцифровать габаритные объекты, сканируя их частями и сшивая модель в ПО.
Важным фактором является также то, что, когда у вас имеется сканер, получив 3D-модели нескольких деталей, вы можете осуществить виртуальную сборку продукта до того, как запускать сборку на производстве, увидеть все проблемные места и исправить недочеты, не теряя лишнего времени.



На данном слайде можно наглядно видеть сравнение результата сканирования с CAD-моделью, все отклонения выражены в виде температурной шкалы, где зелёная зона — всё, что находится в пределах допусков, красная и синяя — за ее пределами. Осуществлять сравнение можно в автоматическом режиме. Софт имеет возможность тонкой настройки, для вывода отчета в виде Excel-таблицы или PDF. Результат может быть направлен на производство, технологу, для скорейшего устранения брака. 



Имея сканер на производстве, вы получаете возможность автоматизации процесса по осуществлению контроля с помощью манипуляторов. 
Здесь вы видите недорогое решение, примерно за 5000 000 рублей, которое легко интегрировать в техническую цепочку. Это позволит осуществлять контроль всей выпускаемой продукции и создать цифровую библиотеку изделий вашего производства. При обнаружении брака конечным пользователем, у вас появится возможность найти причину брака, достав 3D-модель из библиотеки. 

Цифровые библиотеки



Производство с цифровой библиотекой более гибкое и независимое. Представьте, что вы можете влиять на каждое изделие, которого даже не видите, делая их всё лучше и лучше, меняя их внешний вид, делая их легче, не теряя прочностных характеристик и нужного функционала, уменьшая количество используемого сырья, тем самым сокращая издержки производства. 



И так — с каждой деталью. Со всеми изделиями. Это, в совокупности, способствует улучшению качества всех ваших продуктов, делает его недосягаемым для конкурентов.

Такое производство меньше зависит от поставщика и, в случае срыва поставок, может в кратчайшие сроки оптимизировать техпроцесс под новое сырье от другого поставщика. 

Все идет к тому, что подобная автоматизация будет на всех предприятиях, без этого они просто не выдержат конкуренции.

В отличие от контрольно измерительных машин, сканеры не требуют выравнивания детали и написания сложной управляющей программы для каждого изделия, с которой не каждый квалифицированный специалист справится.



Для работы со сканером же достаточно будет обучить двух человек. Это может быть главный инженер, специалист отвечающий за производство, конструктор. При увольнении или переводе такого специалиста, обучить нового сотрудника можно будет достаточно быстро. Разумеется, тут нужен и навык, и знание ПО, это все приходит со временем, но стартовать и начать работать сотрудник сможет всего за пару дней.



Храня всю информацию о сканированных на производстве объектах, вы можете сформировать картину выпускаемой продукции и, на основе этого, прогнозировать дальнейший производственный цикл и влиять на него для сокращения издержек, если речь о контроле качества продукции, и предотвращения аварий, если мы говорим о диагностическом сканировании оборудования. Остановится производство, поломается инструмент, будут нарушены сроки и сорваны контракты, в результате вы потеряете доверие своих клиентов, которые в следующий раз обратятся не в вашу компанию, а в другую. Всего этого можно избежать, как вы уже поняли, своевременной модернизацией средств контроля.

Почему стоит обращаться при выборе оборудования к нам


 

Мы являемся мультибрендинговой компанией и не отдаем предпочтения оборудованию определенной марки, подбирая его в соответствии исключительно с требованиями и потребностями клиента. В то же время, мы имеем налаженные связи с производителями и достаточный опыт для того, чтобы компетентно разбираться в свойствах оборудования и делать выбор обоснованно. 
Обращаясь в Top 3D Shop со своими целями и задачами, покупатель может быть уверен в том, что ему будет предоставлен вариант наиболее подходящий для достижения этих целей и решения задач, а не наиболее выгодный какому-то одному производителю или дистрибьютору.

Работая с нами, вы сэкономите свое время, а в результате и средства, и проведете модернизацию производства быстро и без лишней головной боли.