Rozwój trackerów: Ponowna Ocena Trackerów Laserowych

Zwiększona funkcjonalność i oprogramowanie włączają technologię wieloczujnikową w główny nurt metrologii

Trackery laserowe od dawana stosowane są jako przenośne narzędzia pomiarowa w sektorze lotniczym, motoryzacyjnym oraz innych branżach produkcyjnych działających na dużą skalę. Zastosowanie tych systemów umożliwia kontrolę na linii produkcyjnej, osiowanie oparte na pomiarach, a także montaż, prototypownie, oprzyrządowanie przemysłu lotniczego, pomiar nadwozia samochodowego, inżynierię odwrotną, a także dopasowanie części i instalacji o dużych gabarytach.  Tracker laserowy góruję nad konkurencją pod względem dokładności, niezawodności oraz wytrzymałości podczas realizacji zadań pomiarowych na dużą skalę. Tak naprawdę najważniejszą zaletą trackera jest jego mobilność. Waga, rozmiar i długość niektórych części uniemożliwiają ich pomiar za pomocą tradycyjnej współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM).

W przeszłości trackery laserowe uznawano za zbyt drogie dla małych firm. W ich przypadku zadania związane z osiowaniem i certyfikacją przeprowadzane są  - z mniejszym lub większym powodzeniem - za pomocą rozwiązań prowizorycznych. Dziś specyfikacje klienta wymagają ścisłych, niemal niewiarygodnych tolerancji - w zakresie tysięcznych cala, dlatego odnotowano ponowny wzrost zainteresowania producentów trackerami laserowymi. Dokumentowanie procesów kontroli jakości to kolejny trend zmuszający firmy do ponownej oceny swoich procedur pomiarowych. Od samego początku istnienia trackerów, czyli od pierwszej połowy lat 90., dojrzewanie rynku spowodowało obniżenie cen trackera laserowego, zwiększając jego przystępność. Główne zalety trackerów laserowych spowodowały jeszcze większe zainteresowanie ich dodatkowymi funkcjami i użytecznością.

Laser_Tracker_Advancements Tracker laserowy to przenośna współrzędnościowa maszyna pomiarowa, która wykorzystuje wiązkę lasera do dokładnych pomiarów i kontroli cech elementu w przestrzeni trójwymiarowej. Wiązka laserowa przesyłana jest do retroreflektora mocowanego sferycznie (SMR), aby zmierzyć kąty z dwóch osi mechanicznych trackera, oś azymutu oraz oś wysokości lub oś zenitu. Dane te następnie są łączone z odległością od lasera, aby obliczyć współrzędne X, Y, Z.

Jedne z pierwszych trackerów laserowych do pomiaru odległości wykorzystywały interferometry laserowe. Niestety, ich stosowanie było problematyczne i czasochłonne. Za każdym razem, gdy wiązka lasera została przerwana, operator musiał umieścić reflektor w pozycji wyjściowej na trackerze. Prowadziło to do na marnotrawstwa czasu i pieniędzy, szczególnie w przypadku, gdy reflektor "śledził" w odległości  ok. 6-9 metrów  podczas realizacji cyklu pomiarowego. Trzeba się było dużo "nachodzić", a przy tym nierzadko dochodziło do nagłego przerwania wiązki lasera, jeśli narzędzie w swoim polu widzenia napotkało przeszkody takie jak inni pracownicy lub przewody.

HexagonTProbeSolarReserve W 1995 roku trackery laserowe zaczęły stosować nową technikę - układ do pomiaru odległości bezwzględnej (ADM). Tym samym zrewolucjonizowały swój sposób działania. Jeśli wiązka lasera została przerwana, operator nie musiał wracać do znanego położenia, aby "zresetować" jednostkę. Po prostu zmieniał położenie wiązki i kontynuował pomiary. Przy pierwszych procedurach iteracji układ ADM był nie tylko wolny, ale i znacznie mniej dokładny niż jego odpowiednik - interferometr. Układy ADM bardzo szybko udoskonalono i dziś są one znacznie bardziej dokładne niż  interferometry, z którymi je porównywano. Niektóre jednostki wykorzystują zarówno układ ADM, jak i interferometr w jednym urządzeniu pomiarowym zwanym  Interferometrem Absolutnym bądź AIFM.

W przypadku niektórych trackerów laserowych, takich jak Leica Geosystems AT901 Absolute Tracker (Hexagon Metrology ), operator nie musi szukać wiązki lasera. To ona znajduje operatora. Znajdujący się wewnątrz trackera system wizyjny PowerLock wykorzystuje stożkowe pole widzenia, aby wykryć reflektor. Tego rodzaju udoskonalenie skraca czas pomiarów, ponieważ operator musi jedynie znajdować się w pobliżu trackera, aby móc odszukać wiązkę na reflektorze.

Jednak, mimo że jest wyjątkowo dokładny, tracker laserowy ogranicza się do pomiarów w swoim polu widzenia. Bez "czystego" pola widzenia tracker będzie musiał wykonać wiele czynności, aby przeprowadzić pełną kontrolę jednego narzędzia bądź części. Oprócz marnowania cennego czasu, zmiana stanowiska pomiarowego niekorzystnie wpływa na dokładność pomiarów, ponieważ z każdym ruchem powstają złożone błędy (compound error). Rozwiązaniem tego problemu okazało się zastosowanie ręcznych akcesoriów pomiarowych.

Ręczne akcesoria trackera laserowego działają monitorując znany schemat diod działających na podczerwień umieszczonych na sondzie lub skanerze. Podczas pomiaru punktu, tracker oblicza pozycję X,Y,Z sondy, a system wizyjny wartości obrotu sondy - RX, RY, RZ. Obie wartości są następnie dodawane, aby uzyskać dane sześciu stopni swobody (6 DoF).  Narzędzia te oferują nowe możliwości i innowacje, które w przypadku wcześniejszych trackerów laserowych były niedostępne.

1. Bez Zmiany Stanowiska Pomiarowego
Dzięki zastosowaniu ręcznych narzędzi, punkt pomiarowy nie musi znajdować się bezpośrednio w polu widzenia. Dzięki temu tracker może pozostawać w jednej pozycji, aby zmierzyć całą część w przestrzeni sferycznej do 328 stóp (ok. 100 m). Utrzymanie trackera w pierwotnej pozycji zapewnia dokładność oraz integralność danych. Jest to korzystne w przypadku wielkogabarytowych elementów, ponieważ ręczna sonda lub skaner mogą zostać odpowiednio dostosowane do zbierania danych 3D wewnątrz lub za elementem, nawet w pozycji do góry nogami.

2. Retroreflektory Mocowane Sferycznie (SMR)  - Tylko Opcjonalnie
Retroreflektory mocowane sferycznie (SMR), zwane również pryzmatami sześciennymi (w kształcie narożnika sześcianu) to małe elementy, które można łatwo potłuc, opuścić lub zgubić. Są trudne w użyciu, szczególnie w przypadku wymagających zadań pomiarowych, podczas realizacji których operator może potrzebować wolnej ręki, aby móc  chwycić się poręczy.  Mają również ograniczony zakres pomiarowy. Przy zastosowaniu retroreflektora wiązka z trackera laserowego musi znajdować się pod kątem ±22 stopni lub mniejszym. W przypadku ręcznej sondy kąt padania rozszerza się do ±45 stopni, co ułatwia pomiary i znacznie zwiększa ich szybkość.

Dodatkowo specjalne zestawy sprzętu używane wraz z retroreflektorami mogą stanowić źródło potencjalnego błędu. Najczęstsze błędy spowodowane są stosowaniem różnych   jednostek.  Na przykład - 25 mm reflektora nie można wizualnie odróżnić od reflektora 1-calowego (25,4 mm).

Leica-T-Probe-and-AT960 3. Urządzenia ręczne współdziałają z trackerem
Na każdej stronie sondy ręcznej znajduje się kilka przycisków do rejestracji  współrzędnych 3D, umożliwiających  współdziałanie z oprogramowaniem pomiarowym. Przyciski te pozwalają na oszczędność czasu, ponieważ operator nie musi wracać do komputera, aby wprowadzić dane. To potencjalnie zmniejsza także zapotrzebowanie na siłę roboczą, ponieważ tylko jedna osoba zamiast dwóch wystarcza do przeprowadzania pomiarów.
Niektóre trackery laserowe umożliwiają zdalne wprowadzenie informacji. Jednak nie gwarantuje to otrzymania niezbędnej informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym, dzięki której możemy zyskać pewność, iż pomiary zostały przeprowadzone w sposób właściwy. Zdalne wprowadzanie informacji to również wada w przypadku realizacji zadań pomiarowych z ograniczonym dostępem do części.

4. Udoskonalone Skanowanie
W przeszłości jedynym sposobem skanowania części za pomocą trackera laserowego było przesuwanie reflektora SMR po jej powierzchni. W przypadku zadań pomiarowych realizowanych przy zastosowaniu skanera laserowego, ręczne skanery, które mogą zbierać setki tysięcy punktów na sekundę, są "śledzone" przez tracker laserowy, by uzyskać dostęp do wielkich chmur punktów odpowiednich dla elementów wielkogabarytowych. Dzięki wykorzystaniu tej technologii, model CAD może być badany na bieżąco w trakcie wykonywanej pracy, zmniejszając czas pomiarów z kilku dni do kilku godzin. 

5. Uniwersalne Uchwyty

Jeśli nie znamy dokładnej pozycji mierzonego elementu w przestrzeni, niezbędne jest zastosowanie uchwytów, które przytrzymają część podczas pomiarów. Iteracje procesu projektowania wymagają zmian uchwytów, co może być kosztowne i czasochłonne.  Możliwość kontroli wszystkich stron elementu pozwala na przygotowanie modeli matematycznych w ramach oprogramowania, tworząc wirtualne uchwyty.  Następnie operator może dowolnie przetwarzać modele w wirtualnym środowisku zamiast tworzyć nowe uchwyty w środowisku rzeczywistym.  

6. Automatyzacja Systemów  
Trackery laserowe ułatwiają automatyzację   i umożliwiają zastosowanie podczas realizacji zadaniach pomiarowych   mniej precyzyjnych i tańszych robotów. Retroreflektory mogą również wspomagać tracker laserowy podczas kalibracji robota przemysłowego, biorąc pod uwagę długości ramion, kąty skręcenia, łączne (wymuszanie) zer, wartości "link offsets" oraz parametry sztywności.

Innym sposobem automatyzacji robota jest skierowanie go na wymagane pozycje z wykorzystaniem sześciu stopni swobody. Dzięki tej metodzie producenci robotów mogą dokonać korekty chwytaka robota podczas cyklu kalibracyjnego z mniejszą ilością ustawień  . Metoda ta pozwala również na ustalenie dokładnej wartości dla Tool Center Point (TCP) w czasie rzeczywistym.

100_3279 Ostatnim sposobem na automatyzację robotów przemysłowych jest umożliwienie kontroli wielkogabarytowych części na maszynie obróbczej. Trzeba pamiętać o tym, że robot czy obrabiarka jest powtarzalna. Mimo, że przesuwa ręczne urządzenie nad częścią, aby ją zmierzyć, pomiary są rejestrowane przez tracker laserowy, a nie maszynę. Dzięki temu dokładność wyników zależy od dokładności trackera, a nie mniej dokładniej obrabiarki sterowanej numerycznie (NC) czy robota przemysłowego.
Ponieważ technologia trakerów laserowych stała się bardziej przystępna, same trackery laserowe są teraz mniejsze, lżejsze, szybsze i bardziej przyjazne dla użytkownika. Ręczne skanowanie, sondowanie i urządzenia do sterowania produkcją zwiększyły elastyczność trackera laserowego, a tym samym liczbę realizowanych zadań pomiarowych. Opcjonalne zasilanie bateriami oraz stopień ochrony IP54 (Ingress Protection - ochrona przed wnikaniem) umożliwiły zastosowanie trackerów laserowych w środowisku, które dotychczas było dla nich niedostępne. Ponieważ zapotrzebowanie na tę technologię stale wzrasta, trackery laserowe obecnie  mogą być wykorzystywane również przy produkcji małoseryjnej.  Dlatego warto im poświęcić więcej czasu i uwagi, aby dokładnie i szczegółowo poznać ich możliwości.

Kontakt

Hexagon Manufacturing Intelligence
ul. Ciepłownicza 23
Kraków
31-574
Polska

T: +48 12 647 08 27
F: +48 12 311 01 43

Sprzedaż Obsługa Klienta