Verbesserung des 3D-Scannens

ARIS Technology sagt, dass es das 3D-Scannen verbessert

Während das 3D-Scannen bereits von vielen Herstellern von Automobilteilen übernommen wurde, waren die Anwendungsfälle in der Qualitätskontrolle (QC) begrenzt. Dies liegt hauptsächlich an den folgenden Einschränkungen:

1. 3D-Scannen war manuell.

2. Bestehende „sogenannte“ automatisierte 3D-Scansysteme sind in der Regel unproduktiv.

3. 3D-Scannen versuchte, eine All-in-One-Lösung zu sein, obwohl es immer noch Gründe gibt, Kontaktgeräte (CMMs) für bestimmte Arten von Messungen zu verwenden.

Überwindung des manuellen 3D-Scannens

Wenn ein Hersteller einen eigenständigen 3D-Scanner kauft, muss er in der Regel zusätzliche 3D-Bildverarbeitungssoftware wie Geomagic oder Polyworks, einen zweiachsigen Drehtisch, ein 3D-Scanner-Stativ oder andere kaufen. Nach solchen Einkäufen musste ein Arbeiter geschult werden in:

–Wie man einen 3D-Scanner bedient (z. B. ein-/ausschalten, Einstellungen ändern usw.).

–Wie man die richtigen Scans aus den richtigen Winkeln und Abständen für ein bestimmtes zu scannendes Teil aufnimmt.

– Wie man die Oberflächeneigenschaften eines Objekts berücksichtigt (z. B. die richtige Belichtung basierend auf dem Reflexionsvermögen der Oberfläche einstellt).

–Wie man mehrere Scans in einer Datei kombiniert und die gescannten Daten verarbeitet.

–Wie man Bildverarbeitungstechniken durchführt, um die gescannten Daten mit dem CAD-Vergleich zu vervollständigen.

–Andere Anleitungen wie Kalibrierung des Scanners, Mastern des Fixtures usw.

Dies bedeutete, dass es immer eine neue Lernkurve für geschulte Arbeitskräfte für ein neues Projekt geben würde. Zunächst muss der Arbeiter für eine Neuteilprüfung lernen, wie er dieses bestimmte Teil scannt. Zweitens, wenn das Unternehmen ein altes Modell reproduziert, muss der Arbeiter entweder das alte Projekt erneut besuchen, um sich daran zu erinnern, oder neu lernen, wie man das Teil von Grund auf neu scannt. Obwohl die Standardsoftware schrittweise verbessert wurde, um die Produktivität der Mitarbeiter zu steigern, gibt es immer noch keine Lösung, die diese steile Lernkurve grundlegend beseitigt.

Das kollaborative ARIS-System, unterstützt durch die einfache Benutzererfahrung (UX) der ARIS-Software, ermöglicht eine einfache Einrichtung eines neuen Teils.

Warum sind ARIS-Systeme besser?

Viele Unternehmen haben Lösungen eingeführt, um die Arbeitsintensität des 3D-Scannens durch den Einsatz von Roboterautomatisierung zu verbessern. Derzeit verfügbare Lösungen haben jedoch die folgenden Einschränkungen:

–Die meisten vorhandenen Lösungen werden von 3D-OEM-Scannerhardware bereitgestellt, wodurch Sie an eine bestimmte Marke oder einen bestimmten Typ von 3D-Scanner gebunden sind. Als Beispiel gibt es eine beliebte Automatisierungslösung für das 3D-Scannen, die von einem Hersteller von 3D-Scannern entwickelt und beworben wird. Die in dieser Lösung verwendeten 3D-Scanner (1) sind strukturiertes blaues Licht, das für glänzendere Oberflächen nicht besonders geeignet ist und die Benutzer dazu zwingt, das Teil zu besprühen; (2) einen langen Abstand zwischen den Augen haben, was seine Fähigkeit einschränkt, schmalere Löcher zu scannen; und (3) erfordern oft das Anbringen von Markierungen auf dem Teil, was die Automatisierung ironischerweise sehr manuell macht.

–Die meisten vorhandenen Lösungen sind nicht auf Flexibilität ausgelegt. Mit anderen Worten, das System kann veraltet sein, sobald der Benutzer das System für eine neue Produktionslinie umfunktionieren muss. Wenn ein Hersteller beschließt, das automatisierte 3D-Scansystem für eine andere Anwendung umzufunktionieren, kann es erforderlich sein, den 3D-Scanner, den Roboter und/oder die Bildverarbeitungssoftware auszutauschen. Ein solcher Austausch erfordert normalerweise eine völlig neue Systemintegration, Umschulung und Neukalibrierung.

–ARIS löst diese Einschränkungen durch die Verwendung seiner proprietären Softwareprodukte.

–Modulare Integrationsplattform:ARIS empfiehlt optimale markterprobte Sensoren und Roboter und führt dann die Integration und Implementierung durch.

–Automatisierungs-(Ausführungs-)Software:ARIS stellt Software für minimal geschulte Mitarbeiter bereit, um programmierte Inspektionen wiederholbar auszuführen.

–Einrichtungssoftware:ARIS bietet Software, die eine einfache Einrichtung neuer Programme und Post-Scan-Analysen ermöglicht, wenn sich die Anforderungen der Hersteller ändern.

Wie können ARIS-Systeme CMMs ergänzen?

Das 3D-Scannen kann Millionen von Messdaten in Sekunden sammeln und hat daher eine hohe Auflösung und eine schnelle Zykluszeit. Es ist jedoch nicht so leistungsfähig wie KMGs bei der Messung transparenter/durchscheinender, glänzender Oberflächen oder interner Details. Aus diesem Grund kann es wünschenswerter sein, sowohl CMM- als auch 3D-Scannen zu verwenden, selbst um alle erforderlichen Anmerkungen (interessante Punkte) für ein bestimmtes Teil zu messen.

KMG-OEMs haben dies erkannt und 3D-Scanner am KMG-Arm montiert, obwohl dies ein sehr langsamer und unproduktiver Prozess ist. Andererseits scheint es nicht so optimal zu sein, die Komplexität eines Industrieroboters in einem Prüflabor zu durchlaufen.

ARIS löst dieses Problem durch die Integration kollaborativer Roboter mit einem schnellen Mehrlinien-Laserscanning. Ein solches System hat eine etwas geringere Genauigkeit im Vergleich zu ARIS-Systemen mit 3D-Flächenscannern (z. B. strukturiertes blaues Licht), während es die Geschwindigkeit und Produktivität maximiert und auch andere Arten des 3D-Scannens für reflektierende Oberflächen übertrifft.

Darüber hinaus kann er größere Teile deutlich effektiver scannen, ohne an Präzision zu verlieren, da Sie externe Tracking-Mechanismen verwenden können, um Bilder live zusammenzufügen, während der Roboter in Bewegung ist (Erfassung der Daten).

Schließlich kann dieses System durch die Verwendung kollaborativer Roboter in Bereichen mit bestehenden menschlichen Prozessen eingesetzt werden und kann daher direkt neben einem KMG aufgestellt werden, das KMG-Messungen in Echtzeit ergänzt.

Reale Fallstudie für das Präzisionssystem

Für ein Druckgussteil wird mit einem ARIS-Referenzsystem ein vollständiger Prüfbericht erstellt, mit einer Reihe von Anmerkungen, die zur Qualitätssicherung erforderlich sind. Anschließend wird eine Gage R&R-Studie an den Messungen durchgeführt, bei der die Genauigkeit (Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit) getestet und mit anerkannten Industriestandards verglichen wird.

Dieser Präzisionstest soll Aufschluss darüber geben, ob automatisierte 3D-Scansysteme sowohl für die FAI (Erstmusterprüfung) als auch für die Inspektion während der Produktion in der Produktion und nicht nur im Labor eingesetzt werden können, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

Die Wahl des 3D-Scanners ist in der Regel wichtiger als die des Roboterarms, da unterschiedliche Toleranzen, Oberflächengüten und Teilegrößen unterschiedliche optische Genauigkeit und/oder Sichtfeldgeräte erfordern können. Normalerweise sind die genaueren und größeren Sichtfeldgeräte teurer; und aufgrund dieses Preisfaktors ist die Fähigkeit zum Plug-and-Play verschiedener 3D-Scannertypen, die von der ARIS-Integrationssoftware angeboten werden, wichtig, um die erforderliche Genauigkeit und Zykluszeit im Rahmen des zugewiesenen Budgets zu erreichen. Beispielsweise gibt es 3D-Scanner, die auf ±2,5 μm genau sind, aber diese würden leicht mehr als 100.000 $ kosten.

Sobald der Scanner und der Roboter platziert und verdrahtet sind, wird eine anfängliche Einrichtung zum Kalibrieren der relativen Positionen des 3D-Scanners und des Roboters durchgeführt. Dies übernimmt die Automatisierungssoftware ARIS, in der der Bediener mit nur einem Klick die erforderliche Kalibrierung automatisch durchführen kann. In einigen Fällen muss der 3D-Scanner auch täglich (insbesondere bei Temperaturänderungen) kalibriert werden, was wiederum automatisch durch die Automatisierungssoftware von ARIS mit minimalem menschlichem Zutun erledigt wird. Für das verwendete Referenzsystem dauerte der anfängliche Kalibrierungsprozess weniger als 15 Minuten manueller Bedienerzeit.

Das Ergebnis zeigt, dass die Lösung selbst in einer Produktionsumgebung mit minimalen Investitionen eine ähnliche Genauigkeit wie KMGs bieten kann. Es zeigte eine etwas schlechtere Präzision im Vergleich zu KMGs im Labor, erwies sich jedoch als überlegen gegenüber tragbaren. Da viele hochpräzise KMGs im Labor Kontrollen wie einen Betonboden und einen temperatur-/vibrationskontrollierten Raum erfordern, manifestiert sich die geringere Anfälligkeit von 3D-Scannern für solche externen Faktoren in der Flexibilität und Effizienz einer automatisierten robotergesteuerten 3D-Scan-Qualitätskontrolllösung anbieten kann.

Das ARIS-System kann mit der bestehenden Infrastruktur von Automobilherstellern zusammenarbeiten und einen starken Return on Investment (ROI) bieten. Ein solcher ROI kann erzielt werden, ohne dass bestehende CMM-Prozesse durch die Verwendung von kollaborativen ARIS-Systemen ersetzt werden müssen.

Herausgegeben von Bill Koenig, Redakteur des Jahrbuchs, nach Informationen von ARIS Technology.