Gelişimi İzlemek: Lazer Tarama Teknolojisini Yeniden Değerlendirmek

Lazer tarayıcılar uzun zamandır, uzay ve havacılık, otomotiv ve diğer büyük ölçekli üretim sektörlerine hizmet sunan şirketlerin tercih ettiği taşınabilir metroloji aletleri olmuştur. Bu sistemlerin uygulamaları arasında yerinde denetim, metroloji destekli hizalama ve montaj, prototip geliştirme, uzay ve havacılık takım geliştirme, otomotiv gövde ölçümleri, tersine mühendislik ve büyük parçalar ve gruplar için parça eşleştirme yer almaktadır. Bir lazer tarayıcı sistem, büyük ölçekli metroloji uygulamaları için doğruluk, güvenilirlik ve dayanıklılık açısından mükemmeldir. Ancak en önemli avantajı taşınabilir olmasıdır. Bazı parçaların sadece ağırlığı, ebatları ve uzunluğu, geleneksel bir koordinat ölçüm cihazında (CMM) ölçülmelerini imkansız hale getirmektedir.Geçmişte lazer takip sistemleri, küçük kuruluşlar için pahalı olarak görülüyordu.

Onlar için hizalama ve sertifikasyon görevleri, değişken başarı düzeylerindeki geçici çözümlerle gerçekleştiriliyordu. Kullanıcıların talep ettiği özelliklerin, binde bir inç aralığında daha sıkı toleranslar gerektirdiği günümüzde, üreticiler lazer tarayıcıların fizibilitesini tekrar araştırmaya başlamıştır. Kalite kontrol süreçlerinin belgelendirilmesi, şirketleri ölçüm prosedürlerini yeniden değerlendirmeye zorlayan bir başka sektör eğilimidir. 1990'ların başında ortaya çıktıkları dönemden bu yana, pazar olgunlaşması lazer takip sistemi fiyatlarını düşürmüş ve dolayısıyla erişilebilirliklerini artırmıştır. Lazer takip teknolojisinde yaşanan büyük ilerlemeler de kullanımını ve işlevselliğini genişletmeye daha fazla dikkat çekmiştir.

Bir lazer takip sistemi, bir nesnenin 3B uzaydaki özelliklerini hassas bir şekilde ölçmek ve denetlemek için lazer ışınlarını kullanan bir taşınabilir koordinat ölçüm cihazıdır (PCMM). Lazer ışınları, tarayıcının iki mekanik ekseninden, azimut ekseninden ve yükseklik veya zenit ekseninden olan açıları ölçmek için, küresel olarak monte edilmiş bir retro yansıtıcıya (SMR) gönderilir. Bu veriler, lazerden gelen bir mesafe ile birleştirilerek bir X, Y, Z koordinatı hesaplanır.

Günümüzün lazer takip sistemlerinin erken öncüleri, mesafe ölçmek için enterferometreler kullanıyordu ve kullanımları zahmetli ve zaman alıcıydı. Lazer ışını her kırıldığında, operatörün yansıtıcıyı takip sistemi üzerindeki yuva pozisyonuna geri götürmesi gerekiyordu. Bu işlem, özellikle yansıtıcı ölçüm döngüsü sırasında 20 - 30 feet dışarı çıktıysa, zaman ve dolayısıyla para israfına neden oluyordu. Bunları halletmenin yolları vardı, ancak bir aletin görüş hattı içinde işçiler veya kablolar gibi engellerin bulunması durumunda ışının tekrar tekrar kırılması nadir görülen bir durum değildi. 1995 yılında lazer takip sistemlerine bir mutlak mesafe ölçer (ADM) dahil edilmiş ve kullanım biçimlerinde devrim gerçekleştirilmiştir. Artık ışın kesildiğinde operatörün birimi "reset" etmek için bilinen bir koruma geri dönmesi gerekmiyordu. Operatör sadece ışını yeniden konumlandırıp denetime devam ediyordu. İlk uygulamalarında ADM'ler enterferometre benzerlerinden hem daha yavaştı hem de önemli düzeyde daha az hassasiyete sahipti. Teknolojideki ilerleme çok hızlı gerçekleşti ve artık, bir dönem karşılaştırıldıkları enterferometrelerden bile daha yüksek hassasiyete sahip ADM'ler bulunmaktadır. Hatta bazı birimler hem münferit ADM'leri hem de interferometre teknolojilerini, Mutlak enterferometre veya AIFM adı verilen tek bir ölçüm biriminde birleştirmiştir.
 
Leica Geosystems AT901 Absolute Tracker (Hexagon Metrology, North Kingstown, RI) gibi bazı lazer takip sistemlerinde operatör ışını bulmaz, ışın operatörü bulur. Tarayıcıya entegre bir PowerLock kamera, yansıtıcıyı almak için bir konik görüş alanı kullanır. Bu ilerleme denetim zamanını hızlandırmıştır, çünkü ışını bir yansıtıcıya kilitlemek için operatörün sistemin yakınlarında olması yeterlidir.

Aşırı derecede hassas olsa da, bir lazer takip sistemi görüş alanı içindeki ölçümlerle sınırlıdır. Net bir görüş açısı olmadığında, tek bir alet veya parçanın tam denetimini tamamlamak için tarayıcının birden fazla hareket yapması gerekebilir. Değerli zaman harcamanın yanı sıra, istasyon hareketleri ölçümlerin doğruluğunu azaltır, çünkü her bir hareketle birlikte bileşik hata artar. Bu soruna çözüm olarak el tipi ölçüm cihazları kullanıma sokulmuştur.

El tipi lazer tarayıcı aksesuarlar, bir prob veya tarayıcı üzerindeki bilinen bir kızılötesi diyot desenini izleyerek çalışırlar. Bir noktayı problarken, tarayıcı probun X, Y, Z konumunu hesaplar ve bir kamera, probun RX, RY, RZ dönme değerlerini hesaplar. Bu ikisi birleştirilerek 6 serbestlik dereceli (6 DoF) veri elde edilir. Bu aletler, lazer tarayıcıların geçmiş nesillerinde mümkün olmayan geniş bir yeni kapasite ve yenilik yelpazesi sunar.

1. İstasyon Hareketi Gerekmez

El tipi teknoloji kullanılırken ölçüm noktasına doğrudan görüş hattı gerekmez. Bu ilerlemeye dayanarak, takip sistemi, 328 feet'e kadar çıkan bir küresel hacim içindeki parçanın tamamını ölçmek için tek bir pozisyonda kurulabilir. Tarayıcıyı orijinal pozisyonunda tutmak doğruluk ve veri bütünlüğü sağlar. Elle kullanılan prob veya tarayıcı, parçanın içinde veya arkasında ve hatta baş aşağı durumdayken 3B veri toplamak için yönlendirilebildiğinden bu, bazı özellikleri görünmeyen büyük nesneler üzerinde yararlıdır.

2. SMR'ler Opsiyonel Hale Gelir

Aynı zamanda köşe küpleri olarak anılan, küresel olarak monte edilmiş retro-yansıtıcılar küçük boyutlara sahiptir ve sık sık düşürülür, kırılır veya kaybolur. Özellikle, operatörün bir rayı tutmak için serbest bir ele ihtiyaç duyabileceği zorlu uygulamalarda kullanımları zor olabilir. Aynı zamanda sınırlı bir ölçüm aralıkları bulunmaktadır. Bir köşe küpü kullanılırken, lazer tarayıcısından çıkan ışın ±22 derece veya daha düşük bir açıyla giriş yapmalıdır. El tipi prob kullanıldığında, geliş açısı ±45 dereceye genişler ve bu da denetimi kolaylaştırır ve hızı büyük oranda artırır.Ayrıca, retro yansıtıcılarla birlikte kullanılan hedef kitleri, bir potansiyel hata kaynağı oluşturabilir. Sık yapılan bir hata, İngiliz ölçü sistemiyle metrik boyutlar arasındaki karışıklıktır. Örneğin 25 mm'lik yansıtıcı, 1 inçlik (25,4 mm) yansıtıcıdan gözle ayırt edilemez.

3. El Tipi Probların Tarayıcıyla Etkileşimi

El tipi problar, 3B koordinat verileri almak ve ölçüm yazılımıyla etkileşim için cihazın iki tarafında da çok sayıda kontrole sahiptir. Operatörün veri girişi için bilgisayara geri dönmesi gerekmediğinden, bu kontroller zaman kazandıran özelliklerdir. Ölçüm almak için iki yerine bir kişi gerekli olduğu için, bu durum gerekli iş gücünü potansiyel olarak azaltır.

Bazı lazer tarayıcı sistemler uzaktan veri girişine imkan sağlar. Ancak bunlar, denetimin doğru bir şekilde tamamlanmasını sağlamak için gerekli geribildirimi gerçek zamanlı olarak sunmaz. Uzaktan veri girişine sahip bir sistem, sınırlı erişimli uygulamalarda da dezavantajlıdır

4. Tarama Uygulamaları İyileştirilir

Geçmişte bir parçayı lazer tarayıcıyla taramanın tek yolu, yüzeyine bir SMR sürmekti. Lazer taramadan yararlanan uygulamalar için, saniyede yüz binlerce nokta toplayabilen el tipi tarayıcılar, büyük hacimlerde doğal olarak doğru olan dev nokta bulutlarını sağlayan lazer tarayıcıları tarafından taranmaktadır. Bu teknoloji ile, CAD modeli anında geliştirilerek, denetim süresi günler düzeyinden birkaç saate kadar indirilebilir. 

5. Fikstürler Esnek Hale gelir

Bir nesnenin uzaydaki mutlak konumunu bilmeden, denetim için bir parçayı tutmada fikstürler gerekebilir. Tasarımdaki tekrarlar, maliyetli ve zaman alıcı fikstür değişiklikleri gerektirir. Bir nesnenin tüm taraflarını denetleyebilme yeteneği, yazılım içinde matematiksel modellerin oluşturulmasını sağlar ve esasen sanal fikstürler oluşturur. Operatör bunun ardından, fiziksel ortam içinde yeni fikstürler oluşturmak yerine, modelleri sanal bir ortamda yönlendirebilir. Tasarım mühendisleri belirli bir montaj döngüsünde, büyük ölçekli prototip geliştirme yeteneklerinde, malzeme maliyeti tasarrufu ve ürünü piyasaya daha hızlı sürme konusunda, daha fazla ürün çeşitliliğinden büyük ölçüde yararlanır.

6. Robot Sistemlerin Otomasyonu

Lazer takip sistemleri, robot otomasyonunu kolaylaştırır ve daha az hassas olan düşük maliyetli robotların yüksek doğruluk uygulamalarında kullanılmasını sağlar. Köşe küpleri, bağlantı uzunluklarını, büküm açılarını, eklem noktalarını, bağlantı ofsetlerini ve sertlik parametrelerini hesaba katarak, bir lazer tarayıcının bir endüstriyel robotu kalibre etmesine yardımcı olabilir.

Bir robotu otomatikleştirmenin bir başka yolu, 6 serbestlik derecesi kullanarak onu gerekli pozisyonlara yönlendirmektir. Bu kapasite, robot üreticilerinin bir kalibrasyon döngüsü sırasında uç efektörünü daha az sayıda konumla düzeltmesini sağlar. Ayrıca, takım merkezi noktasının (TCP) tam konumunun gerçek zamanlı olarak bilinmesini sağlar.

Endüstriyel robotları otomatikleştirmenin son şekli, büyük parçaların makine üzerinde denetlenmesini sağlamaktır. Bunu düşünmenin en kolay yolu, robotu aşırı düzeyde tekrar yapabilen bir operatör gibi düşünmektir. Robot, parçayı denetlemek için el tipi bir cihazı parça üzerine hareket ettirse de, ölçümler makine yerine lazer takip sistemi tarafından kaydedilir. Bu durum, sonuçların doğruluğunun, daha az doğruluğa sahip NC makinesine değil, tarayıcının doğruluğuna dayanmasını sağlar.Lazer takip teknolojisi ekonomik olarak daha erişilebilir hale geldikçe, lazer tarayıcılarının kendisi daha küçük, daha hafif, daha hızlı ve daha kullanıcı dostu hale gelmiştir. El tipi tarama, problama ve makine kontrol ürünleri, lazer tarayıcılarının esnekliğini geliştirmiş ve mümkün olan uygulama sayısı hızla artmıştır. Batarya kullanımı ve IP54 (Giriş Koruma) gibi seçenekler, günümüzün lazer tarayıcılarının, insanların daha önce imkansız olduğunu düşündüğü yerlere gidebilmesini sağlamıştır. Bu teknolojiye talep arttıkça, kullanılabilirliği en küçük atölyelere kadar bile yayılmıştır. Lazer tarayıcılar, daha geniş bir kitlenin bir kez daha değerlendirmesine açık hale gelmiştir.