Inspeção de chão de fábrica automatizada ‘pronta para uso’ para a indústria aeroespacial

A tecnologia de rastreamento a laser da Hexagon capacita um pacote de inspeção automatizado inovador para fabricação aeroespacial avançada

Tendo trabalhado com a Hexagon e suas subsidiárias por mais de uma década, a INSPHERE possui um histórico bem estabelecido de utilização de soluções de metrologia da Hexagon para aprimorar a fabricação avançada, especialmente no setor aeroespacial. A empresa oferece serviços de medição por contrato e treinamento especializado em medição, além de desenvolver instalações de medição personalizadas.

A INSPHERE trabalhou com uma ampla gama de clientes em uma variedade de setores, desde a Airbus e a GKN, no setor aeroespacial, até a Vestas e a GE, em energia, bem como organizações de pesquisa proeminentes como o National Composites Center e o National Physics Laboratory.

A integração da automação é o foco principal da INSPHERE. Este segmento crescente a viu tornar-se a força motriz por trás de um grande número de instalações de medição baseadas em robôs com tecnologia de metrologia da Hexagon. Um desenvolvimento recente nesta área viu a INSPHERE criar o conceito HYPERSCAN – um sistema de inspeção automatizado sem contato em linha em uma configuração de célula padronizada.

Automated shop-floot inspection with laser tracker technology“O HYPERSCAN é uma solução inovadora ‘pronta para uso’ para inspeção automatizada de chão de fábrica”, disse Ben Adeline, Diretor Executivo da INSPHERE. “Ele é ideal para componentes grandes, nos quais o uso de uma MMC tradicional seria impraticável devido às condições ambientais e muito caro devido ao tamanho.”

Os métodos convencionais de inspeção orientados por ferramentas manuais são operações demoradas e trabalhosas, com alto potencial para erros ao registrar os resultados. Por outro lado, as soluções de metrologia automatizada tradicionalmente utilizam máquinas de medição por coordenadas (MMCs) – normalmente baseadas em pórtico, com três a cinco eixos e um apalpador de toque tátil Elas tendem a ser um tanto inflexíveis e impraticáveis, quando a inspeção de grandes componentes precisa ser rapidamente realizada próximo à produção e com tecnologia de medição sem contato.

O conceito HYPERSCAN foi construído no desenvolvimento de um sistema automatizado personalizado para lidar com esses desafios exatos para a fabricante líder aeroespacial GKN. “A HYPERSCAN nasceu do fato de que a GKN estava procurando uma solução melhor do que a MMC e a medição de ferramentas manuais para suas nervuras”, explica Craig Davey, Diretor de Operações da INSPHERE. “Ela estava fazendo verificações dimensionais de aceitação chave em suas nervuras no chão de fábrica por meio de micrômetros, medidores de altura e ferramentas manuais padrão. Se houvesse algum problema, ela enviaria a nervura para uma verificação completa da MMC, o que leva algumas horas e fica em um prédio diferente, além de ser um pouco incômodo – isso provoca um grande gargalo. E isso significa que se ela possui um problema de usinagem, ela não descobre até uma semana depois de terem feito uma série de nervura em uma ferramenta gasta, por exemplo, e todos os seus orifícios são do tamanho incorreto.”
O T-Scan é mais capaz do que esperávamos para superfícies difíceis e acho melhor do que seus concorrentes em superfícies difíceis.O outro aspecto importante da solução procurada da GKN estava na área de gestão de dados. “Na época, ela possuía apenas assinaturas manuais dizendo que as nervuras estavam adequadas e queriam algo que, em vez disso, fornecesse alguns dados que pudessem verificar novamente, permitindo que usassem esses dados para observar a variação de usinagem, mas também apenas para ter algo confiável e rastreável.”

Os sistemas de medição sem contato fornecem conjuntos de dados ricos em informações, não apenas permitindo que os recursos sejam avaliados, mas também fornecendo boas informações de diagnóstico para ajudar a entender as tendências de fabricação, deformações e detalhes da superfície. A capacidade de melhorar a qualidade e a eficácia dos dados, ao mesmo tempo em que aumenta significativamente a produtividade é um benefício chave para uma instalação automatizada de robôs, que eram os resultados que a GKN estava buscando.

Automated shop-floor inspection for aerospaceApós alguns resultados decepcionantes depois de testar sistemas automatizados baseados em digitalização 3D óptica e tecnologia de radar a laser, a INSPHERE propôs um sistema automatizado com base em rastreador a laser, que utilizou o digitalizador a laser Leica T-Scan 5 da Hexagon para coleta de dados. 

“Inicialmente, estávamos atuando como um consultor independente, testando os equipamentos da Hexagon para verificar se ela conseguia o que precisava para inspecionar suas nervuras”, explica Davey. “Tiramos um número selecionado de recursos das nervuras e superfícies planas, algumas espessuras e algumas dimensões de orifícios. Então, fizemos dezenas de medições repetidas de cada recurso. E, em seguida, observamos a variabilidade, ajustamos um pouco as configurações para digitalização e verificamos o que era possível com o sistema.”

Os componentes aeroespaciais são especialmente desafiadores para medir com sistemas sem contato; os componentes podem ser de alumínio recém-usinado (muito brilhante) ou podem ser de fibra de carbono (absorventes e reflexivos), e estes podem estar no limite da capacidade para sensores sem contato, em especial ao inspecionar mediante tolerâncias aeroespaciais restritas.

“A equipe da GKN ficou realmente animada com os resultados de nossos testes iniciais, visto que essas nervuras são de metal super-brilhante e simplesmente não são fáceis de medir com um laser. Mas, se isso for suficientemente controlado com um robô, é possível. Se você tentar fazer um teste com um digitalizador manual, nunca obterá os dados – você precisará ter aquele nível de controle que pode ser obtido por meio de um sistema montado em robô.”

Testes mais aprofundados continuaram com resultados muito positivos, até que a GKN ficasse satisfeita e pronta para prosseguir com a criação e a instalação de um sistema de produção completo baseado no conceito INSPHERE. “Hoje, nós construímos a solução, entregamos para a GKN, e ela está funcionando, está em uso hoje na GKN medindo nervuras com um tempo de ciclo completo de 20 minutos”, diz Davey.
O resultado dessa boa experiência com a GKN é que percebemos que o que tínhamos não era apenas uma boa solução para a GKN, mas uma boa solução aeroespacialIsso é uma economia de tempo significativa em comparação com o processo anterior, onde as verificações manuais sem dados úteis resultantes levariam 30 minutos por nervura, enquanto uma verificação de MMC completa leva 90 minutos, mais o tempo necessário para mover cuidadosamente a grande peça de trabalho em direção à sala de qualidade. Após a GKN ter concluído a fase de industrialização do projeto, o sistema totalmente instalado e em funcionamento deverá processar até 60 nervuras por dia em um ciclo 24/7, com cada peça apoiada por dados de geometria completos, confiáveis e rastreáveis.

“O resultado dessa boa experiência com a GKN é que percebemos que o que tínhamos não era apenas uma boa solução para a GKN, mas uma boa solução aeroespacial”, explica Davey. “Não houve muita tração com a digitalização automatizada na indústria aeroespacial, mas agora temos todos esses dados que dizem que podemos fazer isso bem. Assim, desenvolvemos o conceito HYPERSCAN como um tipo de produto pronto para uso – uma alternativa para ter de passar por um programa de pesquisa de dois anos, a fim de obter uma solução. Os clientes agora podem simplesmente comprar de nós como uma solução, e já 

Roboter-based measurement installation at InsphereA iteração atual do HYPERSCAN é uma configuração de célula padronizada que utiliza robôs industriais para o posicionamento do sensor de medição e um sistema de metrologia externo – o rastreador a laser Leica Absolute Tracker AT960 – para fornecer precisão global. Com um digitalizador a laser Leica T-Scan 5 montado no robô e rastreado por meio dos recursos de medição de 6 graus de liberdade do AT960, o sistema pode fornecer dados de medição de superfície altamente dinâmicos e detalhados em altas velocidades.

O sistema HYPERSCAN tem a vantagem de poder escalar a um custo relativamente baixo até grandes volumes de aproximadamente 30 metros de diâmetro, já que o sistema de posicionamento (robótica e trilhos lineares) não exige precisão inerente a tais distâncias – a precisão do sistema é determinada pelo rastreador. Esta solução de tecnologia específica é naturalmente adequada para grandes componentes aeroespaciais, como os encontrados na fabricação de asas, mas também é aplicável, por exemplo, na produção de turbinas no setor de energia e na inspeção de carrocerias no setor automotivo.

Ao utilizar trilhos lineares de alta qualidade e robótica, a digitalização de linha a laser T-Scan 5 é posicionada de maneira muito repetitiva enquanto se move em torno do objeto de medição, seguindo os mesmos caminhos a cada vez, o que torna a medição mais robusta e repetível. Posteriormente, esses caminhos podem ser otimizados para os recursos específicos em questão, incluindo a otimização para refletividade do material. 

A equipe da INSPHERE teve uma boa experiência de trabalho com o T-Scan 5, enquanto desenvolvia seu conceito HYPERSCAN. “O T-Scan é mais capaz do que esperávamos para superfícies difíceis e acho ele melhor do que seus concorrentes em superfícies difíceis”, diz Davey.

“Superfícies compostas e superfícies metálicas brilhantes são muito, muito difíceis para medições sem contato. Todos falam, mas o T-Scan está fazendo um trabalho muito bom em realmente alcançar aquilo que propõe alcançar nessas superfícies. E eu acho que esse é o grande desafio da indústria aeroespacial, mais do que as tolerâncias envolvidas. É fácil saber o que você vai conseguir em termos de capacidade, uma vez que o rastreador a laser é uma tecnologia muito experimentada e testada. O que é difícil, que é a grande variável nisso, é a superfície. E acho que o T-Scan tem um desempenho melhor do que as pessoas imaginam.”Nós construímos a solução, ela está em uso hoje na GKN medindo nervuras com um tempo de ciclo completo de 20 minutos O conceito HYPERSCAN também permite certo grau de flexibilidade e segurança futura. Por exemplo, existe a possibilidade de adaptar o sistema com cabeças sensoras alternativas; pode ser um digitalizador de linha a laser, digitalizador de luz estruturada ou dispositivo de medição de orifícios dedicado, como o Absolute Camera AAC da Hexagon, que é projetado para medir o tipo de pequenos orifícios repetidos comumente encontrados em grandes componentes aeroespaciais. Com um trocador de ferramentas integrado, o sistema pode até mesmo ser adaptado para alternar automaticamente entre várias cabeças de sensor dentro de um programa de medição predefinido.

Além disso, uma célula HYPERSCAN pode incluir sistemas de orientação de medição integrados para operações de ferramentas manuais sem fio, para aquelas situações nas quais as soluções de metrologia automatizada atualmente ficam aquém dos requisitos de fabricação. Com o AT960 fornecendo o componente posicional da medição, um Leica T-Probe pode ser facilmente adicionado ao sistema para medição portátil de medição integrada. Tal abordagem permite que as vantagens da automação sejam realizadas, ao mesmo tempo em que mantém uma integração segura com abordagens mais manuais, quando necessário. Essa abordagem de medição holística garante que conjuntos de dados consistentes e de alta integridade sejam gerados.

The T-Scan is scanning also highly reflective surfacesAnother HYPERSCAN adaptation was something that was actually developed as part of the final system delivered to GKN – a projector built onto the cell to assist with part positioning.

Outra adaptação do HYPERSCAN foi algo que foi desenvolvido como parte do sistema final entregue à GKN – um projetor embutido na célula para auxiliar no posicionamento da peça.

“Colocamos um projetor de trabalho no teto da célula que se projeta para baixo, de modo a mostrar inicialmente as posições onde o operador precisa colocar os pilares de vácuo necessários para esta aplicação”, explica Davey. “E então, você move a sequência de projeção e mostra uma espécie de contorno fantasmagórico de uma nervura para alinhamento, seguida por alguns indicadores de pontos-chave, para mostrar que eles estão no lugar certo. É uma ferramenta realmente útil para os operadores colocarem as coisas a alguns milímetros de onde deveriam estar em uma célula. Não é muito cara e é muito fácil de usar – uma opção bastante útil.”

O sistema HYPERSCAN é uma demonstração clara de como a tecnologia de metrologia da Hexagon pode ser utilizada para impulsionar o potencial da Indústria 4.0, garantindo que dados acionáveis em grande escala possam ser coletados sem sacrificar a produtividade da produção. Ele também mostra como esse tipo de tecnologia avançada pode ser efetivamente embalada na forma de uma solução pronta para uso e amigável para o cliente, para inspeção em linha totalmente automatizada.

Estudo de caso: INSPHERE - Bristol, Reino Unido

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