Zrobotyzowana kontrola jakości poprzez zaawansowane systemy skanowania 3D

W ciągu ostatnich lat znacząco zwiększyła się liczba zastosowań nowego rodzaju urządzeń – skanerów 3D. Ich obecność stała się zauważalna w wielu różnych gałęziach przemysłu, począwszy od firm zajmujących się dobrami konsumpcyjnymi, produkcją tworzyw sztucznych, przez odlewnie, przemysł maszynowy, aż po firmy z branży samochodowej czy przemysłu lotniczego.

Ich elastyczność pozwala na zastosowanie zarówno w aplikacjach pomiarów jednostkowych czy seryjnych oraz w kolejnych etapach procesów projektowania i prototypowania. Wśród wielu dostępnych na rynku technologii skanowania 3D, na szczególną uwagę zasługuje technologia laserowa, która na tle pozostałych technologii wyróżnia się m.in. szybkością działania oraz łatwością integracji z systemami zrobotyzowanymi, nawet w trudnych warunkach przemysłowych.

Creaform to jedna z najszybciej rozwijających się firm branży pomiarowej. Założona w 2002 r. w mieście Lévis w Kanadzie przez trzech entuzjastów dziś wchodzi w skład koncernu Ametek i zatrudnia ponad 550 pracowników w 12 biurach technicznych na całym świecie. Dzięki ciągle powiększającemu się działowi R&D co roku prezentowane są nowe, innowacyjne rozwiązania, pozwalające na proste, szybkie i dokładne pomiary w warunkach produkcyjnych. Głównym celem firmy jest projektowanie ergonomicznych, intuicyjnych i zarazem dokładnych urządzeń pomiarowych, aby zapewnić wysoki komfort użytkowania.

MetraSCAN 3D R – Series to innowacyjny, zautomatyzowany optyczny system skanujący umożliwiający dokładne i szybkie pomiary bezpośrednio na linii produkcyjnej. Rozwiązanie firmy CREAFORM opiera się na zrobotyzowanym skanerze 3D wykorzystującym technologię laserową, dzięki której możliwa jest akwizycja danych pomiarowych z bardzo wymagających powierzchni, które często są niemożliwe do zeskanowania przy użyciu skanerów działających w oparciu o światło strukturalne. Zastosowane superszybkie kamery umożliwiają skanowanie 480 000 pkt./s, a technologia HDR pozwala na jednoczesne skanowanie obiektów o różnym wykończeniu powierzchni czy kolorze. Skaner może współpracować z dowolnym robotem oraz może zostać zintegrowany z linią produkcyjną i pracować w trybie ciągłym według taktu produkcyjnego.
Zastosowanie optycznego urządzenia śledzącego o wysokiej częstotliwości kamer C-TRACK, umożliwia precyzyjne obserwowanie skanera oraz skanowanego obiektu w trybie rzeczywistym. Dzięki temu zarówno skaner jak i obiekt skanowany może się poruszać w trakcie procesu skanowania. W połączeniu z pyłoszczelną budową możliwe jest skanowanie prawie w każdych warunkach produkcyjnych bez względu na występujące drgania. Przestrzeń pomiarowa z użyciem jednego urządzenia śledzącego wynosi 16,6 m3. Możliwe jest zastosowanie do 4 urządzeń śledzących jednocześnie w układ C-LINK dla zwiększenia obszaru roboczego systemu.
System posiada moduł w pełni automatycznej kalibracji zarówno urządzenia śledzącego C-TRACK jak i skanera MetraSCAN.

Jednym z elementów systemu jest dedykowana stacja robocza do sterowania procesem, wykonywania obliczeń, przeprowadzania analiz, statystyk oraz raportowania. Dzięki specjalnej architekturze umożliwia skanowanie obiektów w trybie ciągłym, bez konieczności oczekiwania na wykonanie przeliczeń danych.

System pracuje w środowisku Metrolog X4 i-Robot firmy Metrologic Group umożliwiającym sterowanie całym procesem pomiarowym od ruchów robota, przez analizę pomiarową po wykonanie raportowania i statystyki w jednym środowisku. Dzięki niezawodności, prostocie i szybkości działania system MetraSCAN-R sprawia, że kontrola jakości w trybie rzeczywistym staje się prosta i bardziej efektywna niż kiedykolwiek wcześniej.

Cube – R najnowszy produkt marki Creaform to automatyczna cela pomiarowa dostarczana do klienta „pod klucz”. Rozwiązanie oparte na systemie MetraSCAN-R dostarczane jest wraz z robotem firmy FANUC, stołem obrotowym, systemem automatycznej kalibracji, pełnym systemem bezpieczeństwa, stacją roboczą oraz oprogramowaniem Metrolog X4 i-Robot jako kompletne rozwiązanie. Cube-R łączy w sobie zalety niezawodnego systemu MetraSCAN-R i zamkniętej celi pomiarowej dostosowanej do pracy bezpośrednio na hali produkcyjnej. Cube-R dostarczany jest jako kompletne rozwiązanie, które nie wymaga ingerencji integratora. Cela jest zabudowana bezpiecznymi ścianami, posiada szybką zamykaną roletę oraz laserowe skanery bezpieczeństwa dzięki czemu zapewnione jest bezpieczne środowisko pracy.

Jedną z najmłodszych i najszybciej rozwijających się w ostatnich latach dziedzin metrologii oraz badań nieniszczących jest rentgenowska tomografia komputerowa (CT). Stworzono ją aby zobaczyć lub zmierzyć to co do tej pory było ukryte, nieznane lub wymagało niszczenia badanych obiektów. Dzięki swoim unikalnym możliwościom, tomografia rentgenowska znalazła swoje zastosowanie w wielu aplikacjach przemysłowych.

Przed aplikacjami przemysłowymi, tomografia komputerowa znalazła swoje miejsce w medycynie. Przemysł dostrzegł szybko zalety tej techniki badawczo-pomiarowej. Po niezbędnych modyfikacjach urządzeń wykorzystywanych w medycynie, zaczął ją stosować do własnych celów.

Jedną z pierwszych firm, która zajęła się zastosowaniami przemysłowymi była GE Sensing & Inspection Technologies GmbH należąca do koncernu Baker Hughes, a GE Company. Firma została założona w latach 90-tych XX wieku w miejscowości Wunstorf (Niemcy), gdzie znajduje się do dnia dzisiejszego. Dzięki dwudziestoletniemu doświadczeniu, firma może się pochwalić najszerszą gamą oferowanych urządzeń na rynku, przodując również pod względem jakości uzyskiwanych danych pomiarowych. Jest to możliwe m.in. dzięki stabilizowanym temperaturowo lampom i detektorom własnej produkcji oraz zastosowaniu elementów mechanicznych o wysokiej precyzji.

Rejestrowane zdjęcia rentgenowskie muszą charakteryzować się nienaganną przejrzystością. Oznacza to, że wiązka promieniowania X musi posiadać wystarczająco dużą moc, aby elektrony mogły przeniknąć przez badany element, a pozostałe komponenty bazowe mają za zadanie zapewnić stabilną pracę urządzenia. W zależności od wymagań, niemiecki producent oferuje maszyny zaczynając od modelu nanotom m, który wyposażony jest w lampę 180 kV o mocy 20 W – z wykrywalnością defektów poniżej 200 nm, przechodząc przez v|tome|x m300 metrology|edition z lampą 300kV i mocy 500W charakteryzujący się MPE=3,8 +L/100 µm, a kończąc na maszynie v|tome|x L 450 z lampą 450kV i mocy 1500W do badania próbek o maksymalnej wysokości 2 m.

Wybór właściwego rozwiązania nie jest zadaniem prostym, ponieważ lampa o dużych mocach pozwalająca na prześwietlanie większych obiektów powoduje pogarszanie parametrów związanych z rozdzielczością analizy. Natomiast lampy o niskich mocach pozwalają na zwiększenie tejże rozdzielczości, ale mogą być stosowane jedynie do małych przedmiotów. Firma GE chcąc pogodzić te skrajności, opracowała unikalną konstrukcję głowicy z dwoma lampami o różnych mocach, które są pozycjonowane w maszynie w pełni automatycznie bez konieczności kalibrowania systemu za każdym razem.

Nieodłącznym problemem tomografii komputerowej jest powstawanie wszelkiego rodzaju artefaktów. Cienie i smugi widoczne na zdjęciach rentgenowskich są efektem naturalnym, związanym z właściwościami fizycznymi wiązki rentgenowskiej. Niestety w późniejszej obróbce danych, wszelkie niedoskonałości zdjęć, skutkują błędnymi danymi bądź niedoskonałościami zrekonstruowanych elementów. Producenci starają się przeciwdziałać niekorzystnemu efektowi, jednak przy wykorzystaniu wysokich mocy, wszelkie dostępne filtry nie zdają swojego egzaminu.

Dopiero wprowadzona przez firmę GE technologia scatter|correct eliminuje artefakty powstające podczas akwizycji zdjęć. Opatentowana metoda filtracji przeciwdziała powstawaniu wad sprzętowo, bez ingerencji programowej w gotowe zdjęcia czy dane, przy czym czas skanowania nie ulega wydłużeniu.

Po dokonaniu rekonstrukcji, badany element można poddać inspekcji wykorzystując wysokiej klasy oprogramowanie Volume Graphics. Służy ono do wizualizacji i analizy danych uzyskanych przy użyciu tomografii komputerowej. Szeroki wachlarz modułów sprawia, iż Volume Graphics jest niekwestionowanych liderem w analizie danych CT:

• pomiary współrzędnościowe,
• porównanie z modelem CAD,
• analiza defektów,
• analiza defektów zgodnie z normami VW 50093 oraz VW 50097,
• analiza grubości ścianek,
• analiza materiałów kompozytowych,
• analiza materiałów gąbczastych,
• analizy wytrzymałościowe,
• analiza zjawiska przepływu

Technika CT zajmuje coraz poważniejsze miejsce w metrologii. Do niedawna kontrola jakości skupiała się na pomiarach stykowych i optycznych, jednak w przypadku pomiarów niewidocznych powierzchni czy struktury materiału, konstruktorzy pozostawali bezradni. Dzięki wykorzystaniu tomografii komputerowej, tego typu pomiary są wreszcie możliwe. Wykonując nieniszczące badanie na jednym urządzeniu CT można przeprowadzić kompleksowo szereg analiz metrologicznych oraz ewentualnych wad ukrytych, oszczędzając czas, podnosząc efektywność oraz jakość produkcji.