Опытный производитель оптических систем, компания SCANTECH (HANGZHOU), является высокотехнологичным предприятием, вот уже много лет специализирующемся на разработке, производстве и продаже интеллектуального оборудования для визуального контроля. Обладая большим количеством собственных патентов и разработок, компания SCANTECH входит в число мировых лидеров создания цифрового 3D-оборудования (измерительных систем и систем визуализации). В активе компании разработанная серия 3D-цифрового оборудования, включающая в себя, в том числе, линейку ручных 3D-лазерных сканеров, 3D-сканер структурированного подсвета, систему с отслеживающим трекером и лазерным сканером, а также систему фотограмметрии.
Шарнирные КИМ
В настоящее время для проведения контроля геометрии изделий и их элементов активно применяют контактное или бесконтактное сканирование. И для более правильного выбора метода необходимо учитывать размеры и сложность объекта сканирования, а также что конкретно требуется измерять и сколько деталей требует измерений ежедневно. Если речь идет о крупногабаритных изделиях, то оптимальным решением будет система, состоящая из оптического трекера и лазерного сканера, например Trackscan (рис. 1).
Рис. 1 Система Trackscan
Однако подобные системы могут иметь сложности при сканировании некоторых отдельных деталей, например, каких-то углублений на поверхности объекта. В такой ситуации необходимо проводить контактные измерения. Для этого существуют различные средства измерений, наиболее распространенными из которых являются шарнирные координатно-измерительные машины (КИМ), или, как их еще называют, «руки». Измерительная «рука» (рис. 2) представляет собой шарнирно-соединённые между собой сегменты (плечо и предплечье), изготовленные из углеродного волокна (для лёгкости и термостабильности), а также встроенный противовес, блок управления и источник питания. Определение положения каждого звена манипулятора осуществляется с помощью встроенных высокоточных угловых датчиков (энкодеров) в каждой оси. В качестве измерительных головок используются щупы разного диаметра. При измерении определяется координата центра сферы щупа при касании измеряемой поверхности.
Рис. 2 Шарнирная КИМ
Стоит отметить, что шарнирные КИМ можно использовать и для бесконтактного измерения, если в качестве измерительной головки вместо щупа использовать лазерный сканер (рис. 3), такую дополнительную опцию предоставляют некоторые известные производители. Однако технические характеристики у таких сканеров значительно хуже (а если говорить откровенно, то не идут ни в какое сравнение), чем у лазерного сканера все той же системы Trackscan (рис.4), в особенности, если речь идет об объемной точности на максимальном диапазоне измерений и скорости измерений (см. табл. 1).
Рис. 3 Сканер для измерительной «руки»
Рис. 4 Сканер системы Trackscan
Табл. 1
Характеристики |
Сканер системы Trackscan |
Сканер для измерительной «руки» |
Скорость измерений |
1 900 000 точек в секунду |
600 000 точек в секунду |
Диапазон измерений |
18 м3 |
До 4,5 м (диаметр) |
Объемная точность на максимальном диапазоне измерений |
до 0,078 мм |
до 0,400 мм |
Рабочая температура |
-10−45 °C |
0−40 °C |
Для проведения контроля геометрии изделий и их элементов, измерительные «руки» устанавливаются либо на штативы, либо на ровную жёсткую поверхность через специальные основания (магнитные, вакуумные, фиксирующиеся болтами). На российском рынке на начало 2022 года шарнирные КИМ были представлены следующими крупными производителями: Hexagon Manufacturing Intelligence (Швеция), FARO Technologies Inc. (США), KREON Technologies (Франция), Mitutoyo (Япония), Nikon (Япония).
Измерительные «руки» являются удобными и, что немаловажно, маневренными устройствами, подходят для применения как в метрологической лаборатории, так и в цеховых условиях, имеют возможность беспроводной передачи данных и работы от батареи. Мобильность делает измерительную «руку» отличным инструментом для выполнения широкого спектра задач. Шарнирные КИМ идеально подходят для контроля сложных криволинейных формообразующих поверхностей штампов, пресс-форм, технологической оснастки и инструмента в условиях реального производства. Пользователь может легко установить измерительную «руку» в любом необходимом месте: в цехе, на суппорте станка, производственной линии, измерительной лаборатории. Но у устройств данного типа есть и серьезные минусы, например, нет возможности автоматизации измерений, так как все данные собираются оператором вручную. Ещё измерительные «руки» требуется регулярно калибровать. Кроме того, шарнирные КИМ требуют периодического обслуживания, они содержат детали, которые обладают износом (механические шарниры) и могут выйти из строя (энкодеры). Отдельно стоит сказать про программное обеспечение для интерпретации данных, полученных во время измерений с помощью координатно-измерительных машин данного типа. На текущий момент времени существует несколько различных программных комплексов, которые являются продуктами разных фирм-разработчиков. Обычно они не поставляются вместе с КИМ и для пользователей существует проблема обучения работы в ПО и последующей его поддержки. Ну и нельзя не сказать про несвязанный с техническими характеристиками, но возможно главный минус шарнирных КИМ – «руки» вышеперечисленных производителей сейчас (на момент написания статьи в августе 2022 года) в нашей стране проблематично приобрести, если не сказать невозможно. Отсюда же вытекают проблема с сервисным обслуживанием и калибровкой на территории РФ и высокая стоимость, которая может отпугнуть покупателей.
TrackProbe
Хорошей заменой шарнирных КИМ будет система для проведения высокоточных контактных измерений TrackProbe (рис. 5), которая уже в этом году будет внесена в реестр средств измерений РФ. Данная система обладает точностью 0.030 мм, широким диапазоном измерений до 18 м3, объемной точностью на максимальном диапазоне измерений 0,098 мм и рабочим температурным диапазоном от -10 до +45°C , что лучше, чем у большинства шарнирных КИМ (см. табл. 2). При этом TrackProbe более доступная по цене система, более простая и еще более мобильная по сравнению с «руками», ее можно свободно перемещать на любом этапе измерения, что значительно увеличивает производительность и качество и делает систему идеальным решением для измерений на производственной площадке. TrackProbe не имеет механических шарниров и такого износа, не требует периодического обслуживания, у нее нет выходящих из строя энкодеров. Зато есть, как уже было сказано ранее, современная оптическая система слежения (трекер) и ручной щуп, имеющий эргономичный дизайн.
Рис. 5 Система TrackProbe
Трекер представляет собой устройство с двумя встроенными камерами, которое используется для определения положения и ориентации в пространстве ручного щупа с контрольными маркерами с помощью нанесённых на них оптических рефлекторов, и их преобразования в пространственные координаты. Оптическая система слежения может устанавливаться на штатив, стойку или настенный кронштейн.
Беспроводной щуп, выполненный из углеродного материала, обладает повторяемостью 0,030 мм и гарантирует высокую точность 3D-данных для отдельных деталей, таких как зазоры, отверстия, канавки. Его полная длина позволяет с легкостью выполнять измерения в местах, углубленных на 600 мм и более. Щуп поддерживает возможность быстрой замены и предусматривает возможность обновлений.
Система TrackProbe работает под управлением специализированного программного обеспечения «TViewer», предназначенного для обеспечения взаимодействия узлов приборов, выполнения сканирования, сохранения и экспорта измеренных величин, а также обработки результатов измерений.
Табл. 2
Характеристики |
TrackProbe |
Измерительная «рука» |
Точность |
до 0,030 мм |
до 0,070 мм |
Диапазон измерений |
18 м3 |
До 4,5 м (диаметр) |
Объемная точность на максимальном диапазоне измерений |
до 0,098 мм |
до 0,370 мм |
Рабочая температура |
-10−45 °C |
0−40 °C |
ПО |
Наличие в комплекте программного обеспеченияTViewer на флэш-накопителе |
Отсутствует в комплекте, требует дополнительного заказа |
Если в России, на текущий момент времени, TrackProbe является новинкой на рынке сканирующих контактных устройств, то на большей части остального мира систему уже применяют на предприятиях разных отраслей промышленности. Одним из качественных примеров является проведение сканирования щелевого отверстия глубиной 100 мм в детали из металла для автомобильного производства (рис. 6).
Рис. 6 Проведение измерения системойTrackProbe
Резюмируя, можно с уверенностью сказать, что на рынке РФ появилась без преувеличения инновационная система для контактных измерений TrackProbe, которая имеет значительно лучшую точность, чем у уже известных шарнирных координатно-измерительных машин. Кроме того, она обладает более широкими диапазонами измерений и рабочей температуры, чем у «рук» и выигрывает у шарнирных КИМ в объемной точности на максимальном диапазоне измерений. TrackProbe более мобильная и удобная в использовании, не требует регулярного обслуживания и калибровки, и в ее составе нет деталей, которые могут износиться или выйти в любой момент из строя. И при всех своих технических преимуществах система стоит дешевле, чем «руки» разных производителей, при этом не имеет никаких проблем с поставкой на территорию РФ, и поставляется вместе с ПО.
Эксклюзивным дистрибьютором продукции производства компании SCANTECH на территории РФ является i3D (НПО 3Д-Интеграция), которая уже много лет реализует сложные проекты по внедрению 3D-решений в машиностроении, авиастроении и многих других отраслях промышленности и поставляет TrackProbe, что очень важно, в комплексе с программным обеспечением, обучением и последующей поддержкой. Ознакомиться поближе с системой можно в собственном демонстрационном зале компании, для этого надо записаться по номеру телефона, указанному на сайте, на котором можно также посмотреть другие инновационные 3D-решения i3D.
Список использованных источников:
1. Техническая документация Scantech (Hangzhou) Co., Ltd., Китай.
2. Описание типа портативных КИМ Kreon Technologies
3. Описание типа портативных КИМ Hexagon Manufacturing Intelligence