Taktilis és optikai mérési technológia

Mivel az alkatrészek minőségére vonatkozó követelmények folyamatosan emelkednek, manapság a gyártási folyamatban elengedhetetlen a geometriai méretek ellenőrzése, transzparens dokumentációt is beleértve. Új 3D-s mérőrendszer beszerzése előtt felmerül az alapvető kérdés, hogy melyik technológia a legmegfelelőbb az adott mérési feladathoz. Taktilis 3D-s mérőrendszerre van szükség, amely minden releváns mérési pontot mérőfej segítségével rögzít? Vagy inkább optikai 3D-s mérőrendszert kellene választani, amely érintésmentesen digitalizál teljes felületeket? Ez a cikk elmagyarázza mindkét módszer alapvető funkcióit, és megvizsgálja az előnyöket, a különbségeket és az alkalmazási területeket az autóipar területén.

A munkadarabok méretvizsgálatának területén a koordináta-mérőgépek (CMM-ek) a hagyományos méréstechnika legismertebb rendszerei. A CMM-ek tapintós vagy szkenneléses mérőrendszerekkel dolgoznak. A méréshez a mérőfejet a kívánt mérési pontba kell vinni. Az alkatrész forgatásához opcionálisan használható egy vezérelt forgóasztal is. A csatlakoztatott mérőszoftver a rögzített egyedi pontokból kiszámítja a geometriai elemeket, és ezekből származtatja a tényleges értékeket a vizsgálandó tárgy jellemzőihez.

Az taktilis mérési technológia rendkívül nagy abszolút pontosságával különösen meggyőző, ezért még mindig az elsődleges választást jelenti a nagy pontosságú alkatrészek méréséhez. Egy helyhez kötött CMM ezredmilliméteres pontossággal képes pontokat mérni. Napjainkban ilyen nagy pontosság még nem érhető el optikai 3D-s mérési technológiával.

Az optikai 3D-s mérési technológia kiválóan alkalmazható, ha a megkövetelt pontosság a századmilliméteres tartományba esik. Ha Ön új mérőrendszert akar beszerezni, és nem tudja biztosan, hogy taktilis vagy optikai mérőrendszert szeretne-e, először is meg kell állapítania, milyen pontosságra van szükség. Alapvető szabály szerint a mérőrendszer pontosságát mindig a mérendő legnagyobb szükséges tűrés öt-tízszeresére kell választani. Ez a következőt jelenti: Ha egy jellemző tűrése például 0,1 mm, a mérőeszköznek legalább 0,02 mm pontosságúnak kell lennie.

Az autóiparban a fogaskerekek, a forgattyús tengelyek és a motorblokkok az tapintásos mérések klasszikus jelöltjei: Az ezekre az alkatrészekre előírt tűrések és pontosságok a lehető legnagyobb mértékű precizitást igénylik. Az autóiparban használt fogaskerekek általában 1 µ vagy annál nagyobb pontosságot igényelnek. Ez a pontosság jelenleg optikai mérőrendszerekkel aligha megvalósítható.

Ami a taktilis mérési technológia ellen szól, az a magas időráfordítás, ha nagyobb adatsűrűségre van szükség: Egy munkadarabon több száz mérési pont letapogatása hosszú időt, néha több órát is igénybe vehet. Ezért a gyártásban a teljes körű ellenőrzés aligha lehetséges - az időráfordítás miatt, illetve azért, mert sok CMM gyakran nem helyezhető el közvetlenül a gyártásban. Időmegtakarítás céljából csökkenthető a mérési pontok száma, ám ez az adatsűrűség rovására megy. Itt mindig gondosan mérlegelni kell az időráfordítás és az adatsűrűség viszonyát.

Nem számít, hogy hány mérési pontot rögzítenek a legnagyobb gondosság mellett: Nem lehet lemérni a mérendő tárgy teljes felszínét. Itt kap fontos szerepet az optikai mérési technológia: Az optikai mérési technológia nemcsak gyorsabb, hanem digitális képet is készít a mérendő tárgy teljes egészéről, és ezért részletesebb minőségi információkat szolgáltat, mint az érintéses mérési technológia.

Optikai 3D-s mérőrendszerekkel igazán egyszerű a mérési eljárás: A mérendő tárgyat a szenzor elé helyezik - akár manuálisan, akár robottal. Ezután megkezdődik a képfelvétel: A mérőszenzor lépésről lépésre rögzíti a mérendő tárgy minden oldalát. A teljes felszín felvételéhez vagy a munkadarabot kell mozgatni úgy, hogy a szenzor minden területet rögzíteni tudjon, vagy magát a szenzort kell mozgatni a munkadarab körül. Ezután a csatlakoztatott mérőszoftver automatikusan áttranszformálja az összes egyedi mérést egy közös koordinátarendszerbe. Ennek eredményeképpen létrejön a tárgy felszínének teljes 3D-s pontfelhője. A generált mérési adatok különböző ellenőrzéseket tesznek lehetővé, például a tárgy alakjának teljes területű névleges–tényleges összehasonlításait vagy az elemek alak- és helyzettűrés-mérését (GD&T). A színeltérések ábrázolása alapján a problémás területek könnyen felismerhetők, és így lehetővé válik a gyártási folyamat célzott javítása. Ezzel elkerülhetők a felesleges ismétlési ciklusok.

Az optikai 3D-s mérési technológia egy további előnye: A mérési eljárás rendkívül gyors. Az összetett munkadarabok digitalizálása csak néhány percet - néha csak másodperceket - vesz igénybe.

Az optikai 3D-s mérési technológia alkalmazására számos példát találunk az autóiparban: a folyamattervezéstől a gépi képességelemzésen át a présüzemek és a karosszériagyártás automatizált minőség-ellenőrzéséig, valamint az öntött, kovácsolt és műanyag alkatrészek ellenőrzésétől a végső összeszerelés folyamatoptimalizálásáig.

Mostanra egyre több olyan mérőrendszer kerül a piacra, amely kombinálja a két mérési módszert: A mérés felgyorsítása és a tapintásérzékeny felületek mérésének lehetővé tétele érdekében a CMM-ek optikai szenzorral is felszerelhetők. Másrészt az optikai mérőrendszerek kibővíthetők mérőfejjel, így a munkadarab optikailag nehezen elérhető területei, például a mély furatok, zsebek vagy alámetszések is rögzíthetők. Ebben a tekintetben egy fontos szempontot kell szem előtt tartani: Az optikai 3D-s mérőrendszerek rendszerpontossága nem növelhető egy további mérőfejjel - csak további tárgyjellemzők rögzítésére van lehetőség az összetett szerkezeteken.

Az optikai 3D-s méretellenőrzésekhez a ZEISS kifejlesztette az ATOS ipari 3D-s szkennersorozatot: Az optikai 3D-s szkennerek érintés nélkül működnek, és gyorsan nagy felbontású digitális képeket készítenek a munkadarabról. Ehhez az ATOS a legmodernebb hardvert intelligens szoftverrel kombinálja.