Экономия времени и денег с помощью измерительного манипулятора, снабженного креплением датчика с высокой повторяемостью

1. Введение

Одним из наиболее значимых шагов на пути развития портативных измерительных систем в последние годы стало повторяемое крепление для контактных щупов и 3D-сканеров. В линейке продуктов Absolute Arm производства компании Hexagon используется кинематический разъем, который позволяет устанавливать щупы и сканеры на манипулятор быстро и (что особенно важно) без потери точности измерения.

В статье рассказывается о преимуществах этих особенностей конструкции для операторов, использующих портативные измерительные манипуляторы на производстве, а также рассматриваются технические характеристики, обеспечивающие эти преимущества.

2. Возрастающая важность универсальности применения

Пользователи метрологического оборудования по всему миру стремятся «измерять больше, тратя меньше». Вместо того чтобы приобретать отдельную систему измерения для каждого конкретного применения, востребованными становятся единые системы, которые можно применять в самых различных задачах. Поэтому к измерительным системам предъявляются более высокие требования, чем когда-либо — универсальность является ключевым фактором.

Сегодняшние модели измерительных манипуляторов Absolute Arm предлагают широкое разнообразие щупов и датчиков, что позволяет удовлетворить все нужды заказчиков. Сейчас наиболее популярными остаются обычные контактные щупы и лазерные сканеры. В то же время с манипулятором можно также использовать инфракрасные щупы для измерения труб и оптические датчики и заменять их в зависимости от задач измерения.

Рисунок 1: Различные щупы и датчики манипулятора Absolute Arm


Вот несколько примеров, которые иллюстрируют необходимость универсальности измерений в современном промышленном производстве.:

Обслуживание турбин

Турбинные лопатки могут быть повреждены в полетах, поэтому может потребоваться оперативная доставка запасных частей. Быстрым решением этой задачи является 3D-сканирование «образцовой» лопатки для последующего ее изготовления, хотя, могут быть области, в которых требования по допускам слишком высоки для лазерного сканера (например, ось турбины). В этом случае для обеспечения максимальной точности можно использовать контактный щуп.

Количество требуемых датчиков: 2

Изготовление выхлопных систем автомобилей

Выхлопная система зачастую проходит по всей длине автомобиля. Важно, чтобы она не касалась движущихся частей, для чего следует проверить весь «тракт». Инфракрасный датчик позволяет точно измерить профиль трубы, а контактный щуп — более сложные детали системы, такие как хомуты и подвесы.

Количество необходимых датчиков: 2 

Производство композитных деталей для аэрокосмической промышленности

В случае использования композитных материалов важными оказываются не только форма детали, но и ориентация волокон, которая придает детали ее прочность. Обычно при проверке деталей такого типа поверхности деталей сложной формы сканируются лазерным сканером, после чего устанавливают оптический датчик, с помощью которого проверяется ориентация волокон. Для контроля участков с более строгими допусками может также использоваться контактный щуп.

Количество необходимых датчиков: 3

Изготовление деталей механообработкой (участок переходника корпуса насоса)

Обычно участок переходника корпуса насоса имеет различные элементы, направляющие поток жидкости. Проверка внутренних элементов корпуса наиболее просто выполняется с помощью щупа с удлинителем или углового щупа (крючкового щупа), позволяющего добраться до скрытых измеряемых точек. Остальная часть детали может быть просто проконтролирована с помощью контактного щупа стандартной длины.

Количество необходимых датчиков: 2


Все эти примеры показывают, насколько часто операторам приходится сменять различные щупы и датчики во время измерений, чтобы выполнить работу.

3. Смена щупов и датчиков: Что может пойти не так?

При смене датчика измерительной системы во время выполнения работы очень важно, чтобы щуп (или датчик), который ставится взамен другого, располагался на измерительном манипуляторе точно в том же месте, что и при первоначальной калибровке. Если это невозможно, пользователям придется выбирать между потерей точности и снижением производительности.

Потеря точности

Если новый щуп или датчик будет установлен на манипулятор в положение, которое не соответствует в точности положению первоначальной калибровки, все показания этого щупа или датчика будут ошибочными, что, возможно, станет причиной производственного брака.

Потеря времени

Единственный способ обеспечить точность в этом случае — выполнить повторную калибровку измерительной системы, чтобы снова получать точные данные. Чтобы оператор мог провести калибровку, возможно, потребуется приостановить выполнение измерительной процедуры. Если измерения выполняются в условиях производственного цеха, то при этом, возможно, потребуется переместить оборудование в более стабильную рабочую среду.

И даже это не гарантирует возврата к уровню точности, который был до смены щупа или датчика; калибровка — очень «капризный» процесс, и одни операторы делают его более умело, чем другие.

4. Кинематический разъем

Кинематический разъем изначально был разработан для сверхточных стационарных координатно-измерительных машин (КИМ). Он создавался, чтобы контактные щупы сохраняли свою точность даже после их смены на КИМ. С тех пор он нашел свое применение на различных продуктах Hexagon, а начиная с 2010 года, стал ключевым элементом манипулятора Absolute Arm.

В манипуляторе Absolute Arm этот кинематический разъем имеет два интерфейса: один на самом манипуляторе, а другой — на подключаемом щупе или датчике. Интерфейс манипулятора представляет собой гнездовой разъем, интерфейс щупа — штыревой разъем. При соединении двух этих частей оператор, поворачивая рычаг, приводит в действие кулачковый механизм на манипуляторе. Этот механизм блокирует щуп в нужном положении на запястье манипулятора. И наоборот, чтобы снять щуп, оператор должен повернуть рычаг в противоположном направлении, освободить кулачки и разблокировать щуп, чтобы снять его с манипулятора.

На рисунке 2 также можно видеть три пары блокирующих «штифтов». Они гарантируют, что щуп будет установлен в единственно «правильное» положение — оператор не сможет по ошибке установить его неправильно.

Кроме того, каждый щуп или датчик, совместимый с Absolute Arm, содержит уникальный идентификационный чип, который в сочетании с электронными контактами, показанными выше, позволяет манипулятору автоматически идентифицировать щуп (например, тип лазерного сканера или диаметр наконечника щупа) при его установке. Благодаря этому все измерительные программы автоматически обновляются в соответствии с требуемой размерной компенсацией. Вмешательство со стороны оператора не требуется.

Рисунок 2: Основные элементы патентованного кинематического разъема Hexagon.


Эти элементы гарантируют соблюдение трех основных принципов, обеспечивая при этом точность и универсальность, а также экономя время:

Крепление щупа всегда повторяется

В случае установки щупа или датчика в стандартное положение, которое будет неизменным с точностью до микронов, повторная калибровка не требуется, при этом гарантируется точность измерения. Благодаря этому экономится и время, и измерение может быть выполнено быстрее.

Щуп всегда идентифицируется автоматически

Благодаря электронным контактам и встроенному ID-чипу манипулятор автоматически «распознает» щуп или датчик сразу же после его подключения. Это означает, что оператору не нужно будет выбирать в программе конкретный датчик перед началом измерений с его помощью. Это сокращает вероятность ошибки со стороны человека.

Это также означает, что во время выполнения измерительной программы может быть рекомендовано установить щуп или датчик, «идеально» подходящий для конкретного случая.

Новые щупы и датчики могут быть добавлены в любой момент

Благодаря кинематическому разъему достаточно будет выполнить только одну калибровку манипулятора. Это означает, что новые датчики могут быть установлены на манипулятор непосредственно на месте работы, с минимальным участием оператора. Работоспособность манипулятора может сохраняться на всем протяжении его срока службы.

5. Кинематический разъем и манипулятор Absolute Arm

Кинематический разъем впервые был разработан компанией TESA (входит в состав группы компаний Hexagon) в Швейцарии; он должен был обеспечивать простую смену щупов на стационарных КИМ. Сегодня все щупы и датчики для манипуляторов Absolute Arm стандартно оснащаются кинематическим разъемом TESA (TKJ). Благодаря наличию в каталоге более сотни щупов и датчиков кинематический разъем является основой универсальности манипулятора Absolute Arm.

Универсальность, обеспечиваемая кинематическим разъемом, является одной из основных причин того, что Absolute Arm часто называют «швейцарским армейским ножом» метрологии — универсальным измерительным инструментом, способным справиться практически с любыми задачами промышленного контроля.

Кинематический разъем также является основой перспективных разработок, позволяя быстро внедрять новые типы щупов и новые измерительные технологии и гарантируя при этом, что все они будут совместимы с любым из манипуляторов Absolute Arm, эксплуатируемых в настоящее время.

Рисунок 3: Манипулятор Absolute Arm — «швейцарский армейский нож» метрологии.