Taktilna i optička tehnologija merenja

S obzirom na sve više zahteva za kvalitetom delova, provera geometrijskih dimenzija uz jasnu dokumentaciju postaje ključni deo savremenog proizvodnog procesa. Pre nabavke novog 3D mernog sistema, ključno je razmotriti koja tehnologija najbolje odgovara konkretnom zadatku merenja. Da li vam je potreban taktilni 3D merni sistem koji prikuplja sve relevantne merne tačke pomoću mernog senzora? Ili je pogodnije koristiti optički 3D sistem koji omogućava bezkontaktnu digitalizaciju kompletnih površina? U ovom članku objašnjene su ključne funkcije oba metoda merenja, uz pregled prednosti, razlika i tipičnih oblasti primene u automobilskoj industriji.

Koordinatne merne mašine (KMM) su najzastupljeniji sistemi u klasičnoj tehnologiji merenja kada je reč o dimenzionalnoj kontroli radnih komada. KMM koriste taktilne ili skenirajuće merne sisteme. Tokom merenja, sonda se pozicionira na definisanu tačku merenja. Po potrebi, deo se može rotirati pomoću kontrolisanog rotacionog stola. Softver povezan sa mernim sistemom obrađuje pojedinačne tačke i iz njih izračunava geometrijske elemente i stvarne vrednosti relevantnih karakteristika objekta.

Taktilna merna tehnologija se ističe izuzetno visokom apsolutnom tačnošću i stoga ostaje preferirana metoda za merenje delova koji zahtevaju visoku preciznost. Stacionarna koordinatna merna mašina (KMM) može da meri tačke sa tačnošću do hiljaditog dela milimetra. Trenutno, optička 3D merna tehnologija ne može da dostigne tako visok stepen tačnosti.

Optička 3D tehnologija merenja je pogodna ako su zahtevi za tačnošću u okviru stotog dela milimetra. Ukoliko planirate nabavku novog mernog sistema i niste sigurni da li da se opredelite za taktilni ili optički, prvi korak je utvrđivanje potrebnih nivoa preciznosti. Opšte pravilo nalaže da tačnost mernog sistema uvek treba da bude pet do deset puta veća od najveće tolerancije koja se meri. To znači: Ako je tolerancija karakteristike, na primer, 0,1 mm, merni uređaj treba da ima tačnost od najmanje 0,02 mm.

U automobilskoj industriji, zupčanici, radilice i blokovi motora su tipični primeri komponenti koje se mere taktilnim metodama: Tolerancije i tačnosti koje treba poštovati kod ovih delova zahtevaju najveći mogući stepen preciznosti. U automobilskoj industriji, zupčanik obično zahteva tačnost od 1 mikrometra (µm) ili višu. Ova tačnost se trenutno jedva postiže uz optičke sisteme za merenje.

Glavni nedostatak taktilne merne tehnologije je značajna vremenska zahtevnost pri potrebi za većom gustinom podataka: Proces merenja stotina mernih tačaka na jednom radnom komadu pomoću mernih sondi može zahtevati značajno vreme, ponekad i više sati. Stoga, sveobuhvatna inspekcija je teško izvodljiva u proizvodnom okruženju – zbog vremenskih zahteva i ograničenja u postavljanju mnogih koordinatnih mernih mašina. U cilju uštede vremena, moguće je smanjiti broj mernih tačaka, ali to rezultira smanjenjem gustine podataka. U ovom slučaju je neophodna pažljiva procena odnosa između vremena merenja i gustine podataka.

Bez obzira na broj mernih tačaka zabeleženih sa najvećom preciznošću: Nije moguće izmeriti celu površinu merenog objekta. Ovde na scenu stupa optička merne tehnologija: Optička merna tehnologija je ne samo brža, već i generiše digitalnu reprezentaciju celog mernog objekta, pružajući stoga bogatije informacije o kvalitetu u poređenju sa taktilnom mernom tehnologijom.

Postupak merenja pomoću optičkih 3D mernih sistema je izuzetno jednostavan: Mereni objekat se postavlja ispred senzora – ručno ili pomoću robota. Nakon toga sledi snimanje slike: Merni senzor korak po korak snima svaku stranu merenog objekta. Za potpunu digitalizaciju površine, ili se radni komad pomera kako bi senzor obuhvatio sva relevantna područja, ili se senzor kreće oko radnog komada. Nakon toga, povezani softver za merenje automatski transformiše sva pojedinačna merenja u jedinstven koordinatni sistem. Rezultat je potpun 3D oblak tačaka koji predstavlja celu površinu objekta. Generisani izmerni podaci omogućavaju raznovrsne inspekcije, poput kompletnih poređenja nominalnih i stvarnih geometrijskih vrednosti ili provere GD&T karakteristika. Zahvaljujući prikazu devijacija u boji, kritične oblasti se lako identifikuju, što omogućava ciljana poboljšanja u proizvodnom procesu. Na ovaj nači se mogu izbeći nepotrebne iteracijske petlje.

Još jedna prednost optičke 3D merne tehnologije: Merni postupak je izuzetno brz. Digitalizacija složenih radnih komada traje svega nekoliko minuta – ponekad i svega nekoliko sekundi.

Primeri primene optičke 3D merenja u automobilskoj industriji obuhvataju analize sposobnosti mašina tokom planiranja procesa, automatizovanu kontrolu kvaliteta u presama i karoseriji, inspekciju livenih, kovanih i plastičnih delova, kao i optimizaciju završne montaže.

Danas je na tržištu sve više mernih sistema koji kombinuju taktilnu i optičku tehnologiju merenja: Kako bi se ubrzalo merenje i omogućila inspekcija osetljivih površina, koordinatne merne mašine se mogu opremiti optičkim senzorom. Optički sistemi se, po potrebi, mogu dopuniti taktilnom sondom za merenje geometrija koje su optički nedostupne – kao što su duboko izbušene rupe, udubljenja ili podrezane površine. U tom kontekstu, važno je imati na umu jedan važan aspekt: Kod optičkih 3D mernih sistema, dodatna sonda ne utiče na tačnost merenja, već služi isključivo za snimanje teško dostupnih karakteristika na kompleksnim geometrijama.

Za optičke 3D dimenzionalne provere, ZEISS je razvio industrijsku seriju 3D skenera ATOS: Optički 3D skeneri rade bezkontaktno i brzo generišu visokorezolucijske digitalne snimke radnog komada. ATOS u tu svrhu spaja vrhunski hardver sa naprednim softverskim rešenjima.