Är det lämpligt att använda scanning?

Mättekniker måste ofta fråga sig vilken metod som är bäst för att inspektera detaljer. Vid utvärdering av koordinatmätmaskiner (CMM), eller kapaciteten hos den befintliga utrustningen, blir det ofta tal om att komplettera koordinatmätmaskinen med tillbehör. Det finns många olika lösningar – och alla har olika fördelar och nackdelar. Knepet är att hitta ett alternativ som inte är för avancerat eller otillräckligt.

Vid mätning av små till mellanstora detaljer, finns det fyra huvudkategorier av kontrolltillbehör. Den första är prober av brytande typ som mäter diskreta punkter på en detalj. Den andra är scanningprober som körs längs en detaljs yta och mäter tusen punkter samtidigt. 3D-laserscanners använder ett laserband för att mäta tusentals eller till och med miljontals punkter på en yta. Kromatiska sensorer med vitt ljus (CWS) används för kontaktfri kontroll med hög noggrannhet.

När det gäller att scanna en detalj, brukar mättekniker vilja välja analog scanning eftersom den inhämtar en stor mängd 3D-koordinatdata med hög noggrannhet och kommer åt nästan överallt. Den är optimal eftersom den kan inhämta alla kritiska objekt. Med hjälp av analog scanning förbättras resultatens repeterbarhet samtidigt som mätningarnas osäkerhet minskas. Men valet av scanning för att kontrollera en detalj beror på och utformas efter applikationen.

Vad kan gå fel?

Det första steget vid utvärdering av en kontrollteknik är att titta på tillverkningsprocessen och fundera på vad som skulle kunna gå fel. Om delen är en plastkomponent har den ett tjockare område som kan sjunka när materialet svalnar och sätter sig? Om svaret är ja och det är ett kritiskt objekt med höga toleranser, borde det scannas. Om det inte är ett kritiskt objekt och det har låga toleranser, räcker det förmodligen med probning.

När processen utvärderas måste hänsyn tas till komponentens användning. Ett plastkontaktdon för fordonsdelar, som det ovan, måste sitta mycket tätt för att undvika att vatten tränger in. Även om kontaktdonet har enkla objekt som lätt kan mätas med kontaktprob, måste kanten vid kontaktytan ha snävare toleranser som kräver analog scanning.

Pressgjutet aluminiumhus för spikpistoler. En skicklig mättekniker granskar tillverkningsprocessen från början till slut för att bestämma det bästa tillvägagångssättet. Här visas en spikpistol som har en del intressanta objekt på den pressgjutna originalkomponenten. Det finns dessutom bearbetningsprocesser som påverkar om scanning ska användas eller inte. På den här komponenten kan företaget kolla profilen med 3D-laserscanning av det pressgjutna aluminiumhuset. När andra objekt kontrolleras, särskilt de som befinner sig under detaljens yta, kan analog scanning eller kontaktprobning användas. Ett annat objekt att kontrollera är komponentens kontaktytor. Eftersom det kan vara ett problem med passformen, kan analog scanning vara ett bättre alternativ för sådana ytor.

Vad är toleransen?

Som tidigare nämnts påverkar toleransen som krävs för ett mätvärde vilken kontrollmetod som är bäst. Även om laserscanningen har utvecklats mycket sedan den infördes har den fortfarande relativt låg noggrannhet jämfört med andra metoder. Laserscanning bör inte användas när toleranserna är snävare än ± 0,25 mm, men det är idealiskt för större toleranser vid profilkontroll på detaljer med flera ytor. Kontaktprobning levererar högre noggrannhet men har lägre repeterbarhet jämfört med analoga scanningsprober. Analog scanning anses vara den mest noggranna metoden för att inspektera en detalj och klarar toleranser på upp till ± 0,013 mm. Kromatiska sensorer med vitt ljus (CWS) är en kontaktfri kontrollmetod med hög noggrannhet som kan mäta ned till 10 nanometer. CWS används för objekt som är för små att mäta med en kontaktprobe, eller för komponenter som kräver kontaktfria mätningar, som flexibla detaljer.

Lårbenshals. När det gäller medicintekniska komponenter, som lårbenshalsen i denna figur, är analog scanning det optimala alternativet. Profilen måste nämligen inspekteras med en hög nivå av noggrannhet. I en del fall är kontaktfri scanning med en CWS bättre, när detaljen inte kan beröras. CWS är idealiskt för högreflekterande, transparenta och matta svarta ytor.

I andra änden av spektrumet finns delar som är lämpliga för diskret punktprobning. En stansad komponent med lösa toleranser, vars form inte ska kontrolleras och profilen för hålens positioner krävs, passar bäst för punktprobning. Även om detaljen kan innehålla flera objekt är det onödigt avancerat med scanning och det är dessutom ett slöseri med tid och pengar.

En del detaljer kan ha flera utryckningar med en stor variation av toleranser. Då är en CMM med multisensorteknik det ideala valet eftersom detaljer kan mätas med olika sensorer inom samma program. Den formgjutna topplåten i en automatisk växellåda, som i figuren nedan, har bearbetade objekt med hål inom allmänna toleranser, men det finns objekt som kräver hög noggrannhet inuti. På grund av den stora variationen av objekt på detaljen, kan den ursprungliga gjutningen laserscannas när den kommer från leverantören. Efter bearbetningen rekommenderar vi att du gör en analog scanning av fronten eftersom den ska ha mycket snäva toleranser så att den sluter tätt mot växellådan. Borrhålen kan också scannas, eller beroende på sina toleranser, kontaktprobas för att spara tid. 

Formgjuten topplåt i en automatisk växellåda

Pensel eller penna?

När den korrekta kontrollmetoden för en komponent ska utvärderas, bör hänsyn tas till den önskade genomloppstiden. Det finns tre huvudkategorier. En punkt, görs oftast med kontaktprobe, tar en mätning åt gången men är ganska långsam med ungefär en punkt per sekund. Analog probning samlar en enkel rad med data som när en penna gör en linje. Sensorer som hamnar i den här kategorin är analoga scanningsprober och CWS. För insamling av många data erbjuder sensorn med 3D-laserband en hög punktdensitet och kan mer jämföras med en pensel.

Att snabbt och korrekt samla in data är en fantastisk förmåga men det finns inga fördelar med det om inte all data presenteras på ett begripligt sätt för den avsedda publiken. Idag finns det en trend att använda laserscanning för att den är snabb och noggrann och kan inhämta alla mätvärden som krävs på en gång. Men den kapaciteten kanske inte är nödvändig för att samla in de mätvärden som krävs för att inspektera kritiska objekt.

När mätvärdena är inhämtade, uppstår frågan om datahantering, eller vad som ska göras med informationen. Är målet helt enkelt att jämföra den fysiska detaljen med CAD-modellen och, om det så, vilka är de huvudsakliga intresseområdena? Miljontals mätvärdespunkter kan samlas in med en lasersensor. Om planen med mätvärdena är att se hur detaljen ser ut, har företaget tappat bort det sanna syftet med att verifiera detaljens kritiska objekt. Ofta kan ett för stort antal punktmätvärden vara till nackdel. Det kan tynga ned programvaran och beräkningsprocesserna eller lägga onödig uppmärksamhet på områden som inte är kritiska.

Vad kostar det?

En sista fråga när olika probningsalternativ undersöks är den tillgängliga budgeten. Det finns en anledning till att den här faktorn är den sista frågan, istället för startpunkten. En organisation ska undersöka bästa tekniken för applikationen. Organisationen ska titta på fördelarna, liksom på kostnadsbesparingarna och den beräknade avkastningen på investeringen. Först därefter ska budgeten diskuteras.

Är det lämpligt att använda scanning?

Företag söker hela tiden efter en ny innovation som kan minska kostnaderna, höja produktionen eller öka försäljningen. Det gör att många följer branschtrender och hoppar på tåget varje gång en ny teknik introduceras. Men bara för att konkurrenterna gör det, behöver det inte vara rätt för alla företag. Det är skillnad på att göra något och att göra det rätt. Det kräver en del arbete att komma fram till det bästa alternativet, men efter omsorgsfulla undersökningar kommer den idealiska lösningen snart att visa sig.

Redo för vinnartider

Industrins utveckling mot att välja lösningar inom 3D-scanning beror delvis på den förbättrade genomloppstiden, men också på grund av sättet detaljtryck skapas. Tidigare brukade detaljer anges med bredd och längd. Nuförtiden krymper produkternas livscykler hela tiden. För att dubblera en befintlig del, är det för komplicerat att använda bredd och längd och tar för lång tid att ändra. När en detaljs hela form kontrolleras med hjälp av profilen, minskar tiden drastiskt som krävs för att byta CAD-modell. För en detalj som kontrolleras med hjälp av profilen kan även inbäddade GD&T-profilkontroller användas. Scanning är idealiskt när objektens placering omfattas av detaljens profil.