Pratt & Whitney

Replikování procesu kontroly na bázi CMM.

Software InnovMetric replikuje proces kontroly na bázi CMM pomocí 3D skeneru a softwaru PolyWorks^®.

V dnešní době používají výrobci v automobilovém a leteckém průmyslu ke kontrole dílů, odlitků, forem a dalších položek technologii CMM s dotykovou sondou. Tento proces kontroly se v průběhu času ukázal být pozoruhodně přesný a spolehlivý. Přesto se také ukázalo, že je časově náročný a relativně drahý.

Vznik a rozvoj technologie 3D digitalizace nedávno otevřel dveře mnoha novým aplikacím v automobilovém a leteckém průmyslu. Nejnovější převratnou inovací ve světě kontroly a řízení kvality je možnost replikovat sérii měření běžně získávaných různými nástroji, jako jsou fyzická měřidla a CMM, a to prostřednictvím 3D skeneru a kontrolního softwaru na bázi mračen bodů s vysokou hustotou.

Od roku 2000 nabízí společnost InnovMetric Software modul PolyWorks|Inspector™. Jde o výkonné softwarové řešení, které využívá mračna bodů s vysokou hustotou ke kontrole kvality odlitků/raznic/forem a ke schvalování výrobních procesů prostřednictvím kontroly prototypu, prvního výrobku nebo vyrobených či sestavených dílů. Modul PolyWorks|Inspector nabízí kompletní sadu nástrojů, které slouží k porovnávání tvaru a profilů (díl s dílem a díl s CAD), a zahrnuje také kompletní možnosti analýzy GD&T, stejně jako širokou škálu nástrojů pro “měkké” měření (vzdálenost, poloměr, návaznost a spára, tloušťka atd.).

Výzva

Společnost InnovMetric byla požádána předním světovým výrobcem proudových motorů, společností Pratt & Whitney Canada, aby replikovala běžnou kontrolu dílů pomocí softwaru PolyWorks a 3D skeneru namísto klasického souřadnicového měřicího stroje (CMM). Aplikační inženýři společnosti InnovMetric společně s vývojovým týmem společnosti Pratt & Whitney Canada provedli běžnou kontrolu trubky difuzoru, aby vyhodnotili kvalitu výsledků dosažených pomocí softwaru PolyWorks a porovnali je s výsledky dosaženými pomocí CMM. Experiment úspěšně prokázal, že software PolyWorks dokáže poskytnout přesné výsledky za zlomek času běžného procesu založeného na snímání sondou.

Řešení

Během tohoto konkrétního testu byla provedena běžná kontrola pomocí softwarového řešení PolyWorks|Inspector s použitím trubky difuzoru (dílu, který se nachází uvnitř proudového motoru a dodává stlačený vzduch z kompresního systému do spalovací komory). „Software PolyWorks funguje jako virtuální CMM, které nasnímá body na mračnu bodů namísto na fyzickém dílu. Tento přístup umožňuje expertům na kontrolu kvality nasbírat desítky tisíc bodů, a založit tak svou analýzu na bohatším a kompletnějším zdroji informací,“ uvedl Marc Soucy, prezident společnosti InnovMetric Software Inc.

Test byl proveden v následujících pěti krocích:

A) Sběr dat

Krok 1 Sběr dat

Trubka difuzoru byla digitalizována pomocí 3D skeneru. Bylo získáno mračno bodů s vysokou hustotou, které poskytlo bohatý zdroj informací expertům na kontrolu kvality.

B) Zpracování mračna bodů pomocí softwaru PolyWorks:

Krok 2 První zarovnání a obecné porovnání

• Mračno bodů získané 3D skenerem je zarovnáno s modelem CAD pomocí metody zarovnání nejlepšího proložení.
• Mračno bodů a CAD model jsou porovnány, aby byly známy odchylky bodů vzhledem k CAD, a je vygenerován protokol o shodě/neshodě.

Krok 3 Druhé zarovnání

Aby bylo možné replikovat zarovnání CMM, provede se zarovnání 3-2-1 pomocí speciálních prvků (rovina, vektor a počáteční bod) extrahovaných ze tří průřezů.

Krok 4 Měření a porovnání

K získání čtyř rozměrů na 16 průřezech se používají techniky programování GD&T a analýza průřezu:

• Měření obsahu plochy (z průřezů)
• Posunutí oblouku (GD&T)
• N úhel (GD&T)
• Max. odchylka (z průřezů)

Krok 5 Vytvoření protokolu

Vygeneruje se kompletní protokol včetně barevných map, tabulek a anotovaných snímků. Protokol je následně exportován do několika formátů souborů, včetně ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML a Word.

Modul PolyWorks|Inspector zkrátil dobu kontroly trubky difuzoru o více než 75 % při zachování přesnosti a preciznosti běžného CMM!

Výhody

Nejdůležitější funkce softwaru PolyWorks pro tento experiment:

• Analýza průřezu
  
  Obecné srovnání mezi digitalizovanými body a povrchem CAD je mocným nástrojem, který pomáhá s vizualizací složitých deformací způsobených výrobními procesy. Navzdory tomu, ve většině případů obecná barevná mapa nestačí k přijetí/odmítnutí dílu, protože prvky dílu obecně závisí na seznamu konkrétních rozměrů. V případě trubky difuzoru je vývoj plochy průřezu podél osy trubky nejkritičtější vlastností, která určuje, zda je díl přijatelný nebo není. Mnoho přijatelných trubek difuzorů by mohlo být zbytečně zamítnuto, pokud by jediným kritériem, které by bylo v procesu kontroly bráno v potaz, byla obecná odchylka bodu vzhledem CAD.
   
• Analýza geometrického dimenzování a tolerovaní
  
  Unikátním aspektem softwaru PolyWorks|Inspector je proces měření na bázi prvků, ve kterém má každé naprogramované měření své vlastní uživatelem definované tolerance. V tomto projektu slouží nástroje modulu PolyWorks|Inspector pro GD&T k určení vztahů mezi nominálními prvky CAD, měřením, které se má provést, a konkrétních tolerancí pro každé z měření. Objekty GD&T automaticky počítají skutečné rozměry na mračnu bodů a jsou generovány chytré protokoly o shodě/neshodě na základě tolerance.
   
• Výkonný programovací jazyk maker
  
  V případě analýzy dat získaných z CMM jde obvykle o časově náročný úkol. Aby bylo možné získat různé typy měření, data se načtou do různých softwarů a další operace se musí provádět ručně. S každým novým dílem je nutné opakovat každou z operací.
  
  Se softwarem PolyWorks můžete automaticky provádět řadu měření pomocí pokročilého programovacího jazyka maker. V případě tohoto konkrétního experimentu trvalo jednomu z aplikačních inženýrů společnosti InnovMetric méně než dva dny, než vyvinul makra pro automatizaci celého procesu kontroly. Výsledkem bylo, že inženýři mohli provést kompletní kontrolu mračna bodů – od prvního zarovnání až po vytvoření kompletních protokolů, za méně než 3 minuty, jedním kliknutím myši.

Závěr

Na základě pravidla 10 % jsou předběžné výsledky přijatelné, protože rozdíl mezi výsledky skeneru a výsledky CMM se pohybuje pod 10 % hodnoty tolerance pro díl. K dalšímu ověření těchto výsledků lze nyní provést R&R (opakovatelnosti a reprodukovatelnosti) analýzu měřícího systému.