Maşini portabile pentru măsurat în coordonate (braţe poliarticulate)

Maşinile pentru măsurat în coordonate portabile sunt diferite de cele tradiţionale, fiind întâlnite, cel mai frecvent, sub formă de braţe articulate. Aceste maşini pot avea şase sau şapte axe de rotaţie cu encodere rotative ce înlocu­iesc axele liniare.

Braţele articulate au o greutate redusă, de obicei mai puţin de 10 kg, putând fi transportate şi utilizate aproape oriunde. Maşinile portabile pentru măsurat din această gamă sunt operate manual, iar precizia de măsurare este, în general, mai mică decât cea a unei maşini tradiţionale pentru măsurat în coordonate.

Aplicaţii non-repetitive, cum ar fi procesul de reverse engineering (relevare) sau de control dimensional al pieselor de dimensiuni mari sunt ideale pentru maşinile portabile. În plus, în cazul în care piesele sunt prea mari, grele sau dacă trebuie să fie inspectate cât încă sunt fixate pe dispozitivul de prindere pe care s-a realizat procesul de fabricaţie, aducerea unei maşini portabile în zona prelucrării este adesea singura soluţie.

 Dispozitive optice de scanare

Noua generaţie de dispozitive de scanare, purtând numele de scanare non-contact, se află în continuă expansiune. Această categorie cuprinde atât dispozitive de scanare punct cu punct, cât şi cu scanare liniară. Dispozitivele optice de scanare sunt mult mai eficiente decât cele mai avansate dispozitive cu palpare, fiind capabile să creeze seturi mari de date ce poartă numele de „nor de puncte”.

Acest procedeu poate fi utilizat nu numai pentru a verifica dimensiunea şi poziţia elementelor, dar şi pentru a crea o imagine 3D completă a piesei, datorită densităţii mari de puncte ce pot fi acumulate. Dispozitivele optice de scanare sunt cele mai potrivite pentru piese cu geometrie complexă.  Aplicaţiile de bază includ:

1. Inspecţie / Validare

În această aplicaţie, măsurarea caracteristicilor cuprinse în norul de puncte poate fi realizată în scopul inspecţiei dimensionale, sau, dacă modelul CAD este prezent, comparând rezultatele cu valorile nominale. Acest ultim pas poate fi realizat utilizând procesul de palpare convenţional, dar, pentru piese mari, ale căror toleranţe pot ajunge până la 0,5 mm, procedeul de scanare optică este dezirabil,  fiind mult mai rapid.

În plus, datorită densităţii mari a informaţiilor cuprinse în norul de puncte, întregul model generat prin scanare poate fi comparat cu modelul CAD al piesei, proces ce oferă o reprezentare intuitivă, ce evidenţiază cromatic abaterile pe întreaga suprafaţă. Acest proces este extrem de relevant pentru o primă inspecţie.

De obicei, instrumentul va fi utilizat doar pentru măsurarea pieselor, dar în multe cazuri maşina ce a prelucrat piesa poate fi, de asemenea, inspectată.

2. Reverse Engineering (relevare)

Reverse engineering-ul reprezintă procesul de realizare a modelului CAD, plecând de la măsurarea dimensiunilor unei piese reale (model). Este adesea folosit în cazurile în care procesul de concepţie implică preponderent operarea manuală. Chiar dacă progresul software-urilor CAD este uimitor, multe desene tehnice sunt generate plecând de la un model fizic, datele fiind ulterior convertite în format electronic. De asemenea, în cazul unor piese mai vechi, pentru care desenele tehnice nu mai sunt disponibile, este necesară scanarea în scopul generării modelului CAD pentru a determina procesul optim prin care se pot realiza piese de schimb.

În ambele cazuri, norul de puncte poate fi procesat şi transferat către un software CAD în care este creat un model 3D complet.

 Principiile de funcţionare ale scanării optice

Triangulaţia punctului laser

Dispozitivul de scanare optică punct cu punct utilizează lumina laser pentru a măsura distanţe prin intermediul triangulaţiei. Raza laser este proiectată pe subiect şi se utilizează un senzor liniar 1D pentru a detecta poziţia punctului laser. În funcţie de distanţa la care raza laser palpează suprafaţa, punctul va apărea în diverse locuri din câmpul de vizualizare al camerei. Această tehnică se numeşte triangulaţie, deoarece punctul laserului de pe suprafaţa subiect, camera şi emiţătorul laser formează un triunghi.

În timp ce dispozitivele de scanare ale punctului laser pot măsura o gamă largă de suprafeţe rapid, în multe cazuri, diferenţa de rapiditate faţă de procesul de palpare nu este foarte mare, dispozitivele de scanare tinzând să rămână pre­ferate pentru aplicaţiile în care caracteristicile de măsurat sunt sensibile (de exemplu pot produce deformarea suprafeţei) sau greu de accesat utilizând sisteme de palpare.

Triangulaţia liniei laser

Pentru a obţine o creştere semnificativă a rapidităţii procesului de măsurare, utilizarea dispozitivului de scanare a punctului laser poate fi extinsă la un sistem de scanare a liniei laser prin schimbarea senzorului din unul liniar (1D) în unul zonal (2D) şi a laserului punct în unul linie. Acest proces măreşte viteza de măsurare de 1000 de ori.

Deşi sunt uşor de implementat, aceste procese de triangulaţie a liniei laser 2D au şi anumite inconveniente. Pot exista reflexii secundare de pe suprafaţa obiectelor puternic reflectante precum piesele prelucrate, punctele fiind interpretate fals de către senzorul de imagine 2D şi stocate în norul de puncte ca fiind adevărate. De asemenea, puterea laserului este disipată pe toată linia, ceea ce înseamnă că trebuie utilizat un laser puternic ce reduce condiţiile de siguranţă.

În general, aceste sisteme au nevoie de ajustarea mai multor parametri, în funcţie de obiectul ce se măsoară, iar dacă acesta este schimbat, este necesară reconfigurarea, proces ce se dovedeşte a fi consumator de timp.

Dispozitivele de scanare cu laser CMS108

Dispozitivele de scanare cu laser CMS108 oferă soluţii de scanare mult mai sofisticate ale triangulaţiei punctului laser. Măsurarea este efectuată prin parcurgerea planului de triangulaţie a senzorului cu un singur punct laser descris mai sus, utilizând o oglindă montată pe un motor oscilator. Aceste dispozitive mai sunt numite şi scanere ale liniei laser, deoarece examinează o linie laser, chiar dacă punctele cuprinse în linie sunt captate mai degrabă secvenţial decât simultan.

Aceste scanere au, de asemenea, o modulaţie unică a puterii laserului, asigurată de un detector optic, independent de sistem, ce se deplasează cu o viteză mult mai mare decât senzorul liniar CCD (Dispozitiv cu cuplaj de sarcină). Aceasta permite reglarea puterii laserului chiar şi în timpul procesului de măsurare.

Tehnologia scanării punctului laser depăşeşte problemele dispozitivelor care scanează linia laser, menţionate anterior:

• Un singur punct din câmp este măsurat la un moment dat, aşadar există o probabilitate foarte mică de a înregistra reflexii secundare şi puncte false;
• Doar o fracţiune (1/1000) din întregul cadru este vizibilă în orice moment, oferind toleranţă sistemului la lumina ambientală;
• Intensitatea fasciculului laser este adaptată continuu, în timp real, pentru fiecare punct al liniei.

Aceste beneficii oferă un sistem de măsurare mult mai precis, care se ajustează singur, în funcţie de obiectul măsurat, fără a fi necesară intervenţia operatorului.

Braţul articulat pentru măsurat în trei coordonate ROMER ABSOLUTE ARM 7-Axis “SI” are modul de scanare cu laser integrat, oferind soluţia optimă scanării 3D. Scanerul este permanent încorporat în cea de-a şaptea axă, greutatea fiind echilibrată prin sistemul Zero-G, din raţiuni ergonomice şi uşurinţă în utilizare.

ROMER Absolute Arm cu scaner integrat este primul sistem tip braţ portabil de pe piaţă, care este calibrat din fabrică şi certificat conform specificaţiilor B89. 

Cătălin Apostol este inginer MICRO-TOP Consulting Engineering & Service