В этой статье рассмотрим контроль геометрии именно кузовных элементов. Это - кузова в сборе и рамы с примерными размерами 2х5х2м и допусками в 0,1-0,5 мм, отдельные элементы типа дверей, капотов, рам и т.п. с габаритами до 1х2х1м и допусками в диапазоне 0,1-0,3 мм. Осуществляется как выборочный контроль, так и серийный контроль в некоторых случаях, точки контроля находятся у производственной линии или расположены прямо в линии.
Последние 30 лет для этих задач в подавляющем большинстве случаев применяются ЧПУ КИМ (ЧПУ координатные измерительные машины) типа «горизонтальная рука» (“horizontal arm”).
Горизонтальные руки
Принцип работы
Машина проводит касание детали специальным датчиком, который может быть повернут в нужное положение моторизованной головкой. Головка закрепляется в пиноли, перемещающейся горизонтально и вертикально. Она в свою очередь закреплена на стойке, перемещающейся вперед-назад по направляющей, закрепленной на полу (напольное исполнение, floor mount) или на боковине гранитной плиты (боковое крепление, side mount). Результат измерения – XYZ координаты каждой точки, которой коснулся датчик, и рассчитанные на их основании размеры, форма и взаимное расположение геометрических элементов детали, а также криволинейных поверхностей.
Все оси установлены на прецизионных подшипниках качения, шариковых и роликовых. Вся КИМ установлена на пневмо-демпфирующей системе из 8 подушек, имеющих 3 независимых контура. Система не передает вибрации от фундамента на КИМ, а также позволяет изменять угол наклона КИМ по осям Х-Y для выставления в горизонт.
Система может состоять из одной или нескольких стоек. В случае двустоечной системы она представляет собой две горизонтальные руки, объединяемые в одну систему координат в одном измерительном объеме, при этом используются два контроллера и два компьютера с программным обеспечением.
Машина может работать как в режиме Dupleх (двухстоечном), одновременно измеряя одну деталь, так и в режиме двух независимых КИМ – каждая стойка измеряет отдельную деталь.
Подобные системы широко применяются и в Европе, и в России. Так, на одном из заводов в РФ, где мы проводим техническое обслуживание измерительных систем, на двустоечной системе заказчик проводит контроль геометрии кузовов автомобилей после цеха сварки. На контроль идет примерно один из 50 кузовов машин. Полное время замера одного кузова с подготовкой занимает 5-6 часов, контроль проводится в 4000 точках.
Преимущества
- Возможно проведение ЧПУ измерении по заранее созданной программе без участия человека.
- Конструкция позволяет делать системы с большим измерительным объемом, в частности по Y – до 10-12 метров, за счет использования длинных направляющих. В них легко помещаются даже крупные автомобили. При применении нескольких стоек можно вести контроль сразу со всех сторон.
- Боковая подача щупа позволяет проводить и внутренние измерения – при замере «руки» двигаются через дверные отверстия и проводят замеры внутри кузова автомобиля, а если использовать головки типа Renishaw PHS-2, имеющие бездискретное вращение и возможность установки удлинителей до 750мм, то зона доступа становится еще больше.
- Система со втянутыми осями имеет свободный доступ для установки и снятия измеряемых деталей кран-балкой.
- Конструкция машины позволяет включить ее непосредственно в производственную линию либо разместить рядом с ней.
- Диапазон погрешности таких машин начинается от 40мкм. С учетом составляющей погрешности по длине, как правило, не превышает 100-150 мкм во всем объеме, что коррелирует с допусками 100-500 мкм.
Ограничения
- Такие системы производятся только несколькими европейскими компаниями, в Китае и Индии их производство не налажено, соответственно сейчас их поставка в Россию ограничена.
- Система все же является достаточно сложной, требующей регулярного технического обслуживания и геометрической компенсации высококвалифицированными специалистами и дорогостоящего оборудования (цифровые уровни, лазерные интерферометры и т.п.).
- Горизонтальные руки сконструированы и предназначена в первую очередь для контактных измерений. Технически их можно оснастить лазерным полосовым сканером, однако его поле зрения достаточно мало, а стоимость такого дооснащения высокая.
- Метод контроля ограничивает скорость измерений: полное время замера одного кузова с подготовкой занимает 5-6 часов.
- Изменение измерительного объема, добавление дополнительных осей и т.п. невозможно или крайне сложно.
Новая технология. Роботизированные станции бесконтактных измерений
В последние 10-15 лет автомобильные заводы начали внедрять бесконтактную технологию контроля геометрии – роботизированные станции со сканерами структурированного света. В начале использование этой технологии носило эпизодический характер. Сейчас же количество систем увеличивается: на европейских, американских и китайских заводах, например, Cherry, применяются уже десятки таких станций.
Принцип работы
На поверхность детали проецируется сетка структурированного света, ее отражение считывается двумя камерами, расположенными с двух сторон от источника света и жестко собранными в единую конструкцию. Для фиксации изображения требуется некоторое время, около 0,5-1,5 секунды. Используя метод триангуляции, сканер рассчитывает XYZ координаты каждой точки на отсканированной поверхности. Поле зрения зависит от используемой оптики и составляет примерно от 150х150мм до 500х500мм. Для захвата следующего участка детали перемещается либо сканер, либо деталь. Сканер перемещается или вручную на штативе, или роботом. Деталь может перемещаться вручную, на ручном или моторизованном поворотном столе. Облако точек преобразуется в полигональную модель и передается в измерительное программное обеспечение для сравнения с CAD-моделью и определения размеров, формы и взаимного расположения контролируемых геометрических элементов, а также криволинейных поверхностей.
Технология проекции структурированного света в сочетании с современными алгоритмами обработки данных и высокой плотностью точек обеспечивает высокое качество измерения как небольших элементов, например, кромок и отверстий, так и больших криволинейных поверхностей.
На автозаводах применяются системы, состоящие из сканеров, установленных на роботов (одного или нескольких). Роботы могут быть также установлены на линейные направляющие, аналогично с системой горизонтальных рук. Для небольших деталей могут применяться моторизованные поворотные столы. Таким образом, комплекс является полностью автоматическим, способным осуществлять измерения по заранее созданной программе.
В зависимости от размеров такой «ячейки» проводится контроль кузовов в сборе либо отдельных элементов – капотов, подрамников, люков и т.п. Точность систем позволяет проводить и контроль более прецизионных деталей, например элементов подвески и некоторых валов.
Преимущества
- Возможно проведение ЧПУ измерений по заранее созданной программе без участия человека.
- Сочетание различных роботов и направляющих позволяет изменять измерительный объем, в том числе использовать сканер стационарно, если это необходимо, т.к. средством измерения является не вся система, а только сканер. Робот в данном случае является элементом оснастки, не влияющим напрямую на точность измерений.
- Технология применима и для иных деталей, меньших размеров и большей точности, чем кузовные элементы.
- Компактные размеры сканера и несколько степеней свободы подвижности робота позволяют проводить как внешние измерения, так и внутренние, с «входом» через двери и окна.
- Система при отводе роботов имеет свободный доступ для установки и снятия измеряемых деталей различными механизмами, в том числе и кран-балкой.
- Конструкция системы позволяет включить ее непосредственно в производственную линию либо разместить рядом с ней.
- Технология сканирования обеспечивает более высокую скорость, чем контактный метод, до нескольких миллионов точек в секунду, что обеспечивает существенное преимущество при измерениях сложных криволинейных поверхностей.
- Диапазон погрешности сканера начинается от 7-8 мкм, с учётом ошибки сшивки, как правило, составляет 30-100 мкм во всем объеме, что «с запасом» коррелирует с допусками 100-500 мкм.
- Поставка подобных систем возможна официальной с полноценной сервисной поддержкой и гарантией.*
- Обслуживание таких систем более простое, чем горизонтальных рук. Обслуживание механических узлов необходимо только для робота, сам сканер не имеет движущихся частей, он подвергается только проверке на точность и очистке оптики, а также периодической поверке.
- Данный тип систем имеет особый вариант исполнения, предназначенный для задач оперативного контроля раскаленных поковок и выявления брака на самых ранних этапах – Integra Scala SH. Конструкция системы позволяет проводить измерения деталей с температурой до 1100 °C с высокой для таких условий точностью 20-30 мкм для одного скана и 100-200 мкм для системы в целом.
Ограничения
- Система не предполагает работу в контактном режиме, что может ограничить доступ в глубокие отверстия и пазы.
- Финальная точность зависит от корректности сшивки данных. При настройке системы рекомендуется делать несколько тестовых измерений эталонной (референсной) детали и оценивать финальную погрешность с последующей коррекцией схемы сшивки при необходимости.
Резюме
Роботизированные системы со сканерами структурированного света обладают почти теми же возможностями, что и горизонтальные руки, при этом обеспечивая большую скорость работы и при определенных условиях большую точность. Стоимость обоих решений с учетом их доставки, установки, настройки, введения в точность и внедрения сопоставима, а в ряде случаев сканеры на роботе могут быть и дешевле на 20-30%, что зависит от необходимого измерительного объема и применяемой схемы контроля.
Монтаж и последующее обслуживание таких систем в целом проще, чем горизонтальных рук, меньше ограничений и при модернизации системы. Эти факторы уже повлияли на выбор многих мировых автопроизводителей, которые постепенно отказываются от технологии с применением горизонтальных рук.
Подберите решение в несколько кликов - оставить заявку.