Progresul dispozitivelor de urmărire: Reevaluarea tehnologiei Laser Tracker

Dispozitivele laser tracker au fost pentru mult timp instrumentele metrologice portabile pentru companiile care ofereau servicii în domeniul aerospațial, automobilelor și în ale sectoare de producție la scară largă. Aplicațiile pentru aceste sisteme includ inspecția la fața locului, alinierea și asamblarea asistate metrologic, realizarea prototipurilor, uneltele din domeniul aerospațial, măsurarea caroseriilor, ingineria inversă și asamblarea componentelor pentru piesele supradimensionate. Un sistem laser tracker excelează în privința acurateței, fiabilității și durabilității pentru aplicații metrologice la scară largă. Deocamdată, principalul său avantaj este portabilitatea. Greutatea totală, dimensiunile și lungimea anumitor piese nu permit măsurarea cu o mașină de măsurat în coordonate tradițională (CMM).

În trecut, dispozitivele laser tracker erau considerate prohibitive din punct de vedere al costurilor pentru organizațiile mici. Pentru acestea, sarcinile de aliniere și certificare sunt efectuate cu grad variabil de succes, utilizând soluții improvizate. În prezent, deoarece specificațiile clientului necesită toleranțe mai stricte, la nivel de miime de inchi, producătorii cercetează cu un nou interes fezabilitatea dispozitivelor laser tracker. Documentarea proceselor de control al calității este o altă tendință din industrie care obligă companiile să reevalueze procedurile lor de măsurare. Încă de la începuturile lor, în anii 1990, maturizarea pieței a produs scăderea prețului dispozitivului laser tracker, crescând astfel accesibilitatea acestuia. Progresele majore ale tehnologiei laser tracker au stimulat atenția pentru utilizare și funcționalitate extinse.

Un dispozitiv laser tracker este o mașină de măsurat în coordonate portabilă (PCMM) care utilizează o rază laser pentru a măsura și a inspecta cu acuratețe caracteristicile unui obiect din spațiul 3D. Raza laser este transmisă unei retro-reflector sferic (SMR) pentru a măsura unghiurile dintre cele două axe mecanice ale dispozitivului tracker, axa azimutului și înălțimea sau axa zenitală. Aceste date sunt apoi combinate cu o distanță de la laser, pentru a calcula coordonatele X, Y, Z.

Predecesorii dispozitivelor laser tracker din prezent utilizau interferometre cu laser pentru măsurarea distanței, erau dificile și necesitau mult timp. De fiecare dată când raza laser era întreruptă, operatorul trebuia să readucă reflectorul în poziția inițială a dispozitivului tracker. Acest lucru semnifica pierderi de timp, și în consecință, de bani, în special dacă reflectorul era urmărit 20 - 30 ft în timpul ciclului de măsurare. Nu era neobișnuit ca raza laserului să se întrerupă repetat, în cazul în care instrumentul avea numeroase obstacole în linia vizuală, precum lucrători sau cabluri.

În anul 1995, un instrument de măsurare a distanței absolute (ADM) a fost încorporat în dispozitivele laser tracker, revoluționând astfel modul în care erau utilizate. În cazul în care raza laserului era întreruptă, operatorul nu mai trebuia să revină în locația cunoscută pentru a ”reseta” unitatea. Operatorul repoziționa pur și simplu raza laserului și continua inspecția. În prima iterare, instrumentele ADM erau lente și cu o acuratețe mult mai redusă, comparativ cu echivalentul lor, interferometrul. Tehnologia a avansat foarte rapid, iar în prezent sunt disponibile instrumente ADM cu o acuratețe mai mare decât a interferometrelor cu care erau comparate în trecut. Anumite unități au încorporat tehnologia ADM și cea a interferometrului într-o singură unitate de măsurare, denumită Interferometru Absolut sau AIFM.

Cu anumite dispozitive laser tracker, precum Leica Geosystems AT901 Absolute Tracker (Hexagon Metrology, North Kingstown, RI), nu operatorul găsește raza laserului, ci raza laserului găsește operatorul. O cameră PowerLock integrată în interiorul dispozitivului laser tracker utilizează un câmp de vizualizare conic pentru înregistrarea reflectorului. Acest progres accelerează timpul de inspecție, deoarece operatorul trebuie doar să se afle în aproprierea dispozitivului laser tracker pentru a fixa o rază pe reflector.

Deși este extrem de precis, un dispozitiv laser tracker este limitat să efectueze măsurători în linia sa vizuală. Fără o linie vizuală clară, pot fi necesare multiple deplasări ale dispozitivului laser tracker pentru a finaliza inspecția completă a unui instrument sau unei piese. În afară de pierderea unui timp important, mutarea stației afectează acuratețea măsurătorilor, deoarece se produc erori la fiecare mutare. Soluția acestui impediment a fost introducerea accesoriilor de măsurare portabile.

Accesoriile portabile pentru dispozitivul laser tracker funcționează prin monitorizarea unui eșantion cunoscut al diodelor infraroșu pe un cap de măsurare sau scaner. Atunci când măsoară un punct, dispozitivul laser tracker calculează poziția X, Y, Z a capului de măsurare, în timp ce camera calculează valorile de rotație a capului de măsurare pentru RX, RY, RZ. Cele două dispozitive sunt combinate pentru a obține date pentru cele 6 grade de libertate (6 DoF). Aceste instrumente oferă o gamă largă de capacități și inovații care nu erau posibile pentru generațiile de dispozitive laser tracker anterioare.

1. Nu sunt necesare deplasări ale stației

Atunci când se utilizează tehnologie portabilă, nu mai este necesară o linie vizuală directă pentru punctul de măsurare. Bazându-se pe această îmbunătățire, dispozitivul laser tracker poate fi fixat într-o singură poziție pentru a măsura întreaga piesă cu o rază de măsurare sferică de până la 328 ft. Menținerea dispozitivului laser tracker în poziția inițială asigură integritatea și acuratețea datelor. Acest lucru este util pentru obiecte cu dimensiuni mari care au caracteristici ascunse, deoarece un cap de măsurare sau scaner portabil poate fi manipulat astfel încât să colecteze date 3D în interiorul sau în spatele piesei și chiar și răsturnată.

2. SMR devin opționale

Retroreflectoarele sferice, denumite și reflectoare de colț, sunt dispozitive cu dimensiuni reduse, deseori scăpate pe jos, sparte sau pierdute. Acestea pot fi greu de utilizat, în special pentru aplicații provocatoare în care operatorul poate avea nevoie de o mână liberă pentru balustradă. Acestea au, de asemenea, un interval limitat de măsurare. Atunci când se utilizează un reflector de colț, raza de la laser tracker trebuie să formeze un unghi de ±22 de grade sau mai puțin. Prin utilizarea unui cap de măsurare portabil, unghiul de incidență crește până la ±45 de grade, lucru care facilitează inspecția și mărește semnificativ viteza.

În plus, kiturile pentru ținte, care sunt utilizate în combinație cu retroreflectoarele, pot introduce o sursă de erori potențiale. O greșeală obișnuită este confuzia între sistemul anglo-saxon de unități și cel metric. De exemplu, un suport pentru reflector de 25 de mm nu poate fi diferențiat vizual de unul de 1 inchi (25,4 mm).

3. Interacționarea între dispozitivele portabile și Tracker

Capetele de măsurare portabile implică multiple controale pe fiecare parte a dispozitivului pentru colectarea datelor coordonatelor 3D și interacționarea cu software-ul de măsurare. Aceste controale sunt funcții care economisesc timp, deoarece operatorul nu trebuie să revină la computer pentru a introduce datele. Acest lucru reduce forța de muncă necesară, deoarece este necesară o singură persoană pentru a efectua măsurătorile.

Anumite sisteme laser tracker permit ca informațiile să fie introduse prin intermediul unei telecomenzi. Însă, acestea nu oferă feedback-ul necesar în timp real pentru a asigura că inspecția a fost finalizată corespunzător. Un sistem cu o telecomandă este, de asemenea, dezavantajos în aplicații cu acces limitat.

4. Aplicațiile de scanare sunt îmbunătățite

În trecut, singura modalitate de scanare a unei piese cu un dispozitiv laser tracker era frecarea unui SMR pe suprafața piesei. Pentru aplicații care beneficiază de scanarea laser, scanerele portabile pot colecta sute de mii de puncte per secundă, prin intermediul dispozitivului laser tracker care permite un imens nor de puncte și care este în mod inerent precis pentru volumele mari. Utilizând această tehnologie, modelul CAD poate fi interogat în timpul oscilării, reducând timpul de inspecție de la zile, la câteva ore. 

5. Dispozitivele fixe devin flexibile

Fără să se cunoască poziția absolută a unui obiect în spațiu, pot fi necesare dispozitive de fixare pentru a poziționa o piesă pentru inspecție. Iterațiile de design necesită modificări ale dispozitivelor de fixare, lucru care poate fi costisitor și care necesită timp. Capacitatea de a inspecta toate părțile unui obiect permite crearea unor modele matematice cu ajutorul software-ului, în special crearea dispozitivelor de fixare virtuale. Operatorul poate manipula modelele prin intermediul unui mediu virtual, adică poate crea noi dispozitive de fixare în cadrul mediului fizic. Inginerii proiectanți beneficiază de variațiile crescute ale produsului într-un ciclu de asamblare dat, capacități de realizare a prototipurilor la scară largă, economii ale costurilor de material și lansarea mai rapidă pe piață a produsului.

6. Automatizarea sistemelor robotice

Sistemele laser tracker facilitează automatizarea roboților și permit utilizarea unor roboți mai puțin preciși, cu preț redus în aplicații care necesită acuratețe ridicată. Reflectoarele de colț pot să asiste un dispozitiv laser tracker în calibrarea unui robot industrial, luând în considerare lungimile de legătură, unghiurile, articulațiile nule, abaterile de legătură și parametrii privind rigiditatea.

O altă modalitate de a automatiza un robot este ghidarea acestuia în poziția dorită utilizând cele 6 grade de libertate. Această posibilitate permite producătorilor roboților să corecteze efectuatorul final în timpul ciclului de calibrare. Acesta permite și localizarea exactă, în timp real a punctului central al instrumentelor (TCP).

Modul final de automatizare a roboților industriali este posibilitatea de inspecție a pieselor supradimensionate. Cea mai simplă modalitate să ne gândim la acest aspect este să considerăm robotul ca un operator extrem de repetitiv. Atunci când robotul deplasează un dispozitiv portabil peste piesa care trebuie inspectată, măsurătorile sunt înregistrate de către dispozitivul laser tracker, și nu de mașină. Acest lucru asigură faptul că acuratețea rezultatelor este bazată pe acuratețea dispozitivului laser tracker, și nu pe mașina NC, care are o acuratețe mai scăzută.

Deoarece tehnologia laser tracker a devenit mai accesibilă din punct de vedere economic, dispozitivele laser tracker au devenit mai mici, mai ușoare, mai rapide și tot mai ușor de utilizat. Produsele portabile de scanare, măsurare și control au crescut flexibilitatea dispozitivului laser tracker, iar numărul aplicațiilor posibile a crescut exponențial. Opțiunile, precum operarea cu baterie și IP54 (protecția la infiltrare) au permis ca dispozitivele laser tracker din prezent să avanseze într-o manieră în care oamenii nu s-au gândit niciodată că este posibil. Ca cerere pentru această tehnologie în continuă extindere, disponibilitatea sa s-a extins până la cele mai inteligente centre de locuri de muncă. Dispozitivele laser tracker necesită o opinie secundară din partea unui public mai larg.