Pratt & Whitney

Replica di un processo di ispezione con CMM

Il software InnovMetric replica un processo di ispezione con CMM utilizzando un digitalizzatore 3D e PolyWorks^®

Oggi i produttori dell'industria automobilistica e aerospaziale utilizzano una tecnologia CMM a contatto per l'ispezione di pezzi, fusioni, stampi, ecc. Questo processo di ispezione ha dimostrato di essere notevolmente accurato e affidabile nel tempo. Tuttavia, si è anche dimostrato dispendioso in termini di tempo e relativamente costoso.

L'emergere e lo sviluppo della tecnologia di digitalizzazione 3D ha recentemente aperto la porta a molte nuove applicazioni nell'industria automobilistica e aerospaziale. L'ultima innovazione all'avanguardia nel mondo dell'ispezione e del controllo qualità è la capacità di replicare una serie di misure, tradizionalmente ottenute con vari strumenti, come i calibri fisici e le CMM, utilizzando un digitalizzatore 3D e un software di ispezione a nuvole di punti ad alta densità.

Dal 2000, InnovMetric Software propone PolyWorks|Inspector™, una potente soluzione software che utilizza nuvole di punti ad alta densità per controllare la qualità dei getti/matrici/stampi e per approvare i processi di produzione attraverso l'ispezione dei prototipi, del primo articolo, dei pezzi prodotti e assemblati. PolyWorks|Inspector offre una serie completa di strumenti per il confronto di forme e profili (da pezzo a pezzo e da pezzo a CAD), e include funzionalità complete di analisi GD&T, oltre a un'ampia gamma di strumenti soft di misura (lineare, raggio, Flush & Gap, spessore, ecc.).

La sfida

InnovMetric è stata incaricata dal produttore leader mondiale di motori a reazione Pratt & Whitney Canada di replicare una tradizionale ispezione di pezzi usando PolyWorks e un digitalizzatore 3D anziché una tradizionale macchina di misura a coordinate (CMM). Gli ingegneri applicativi di InnovMetric, insieme al team di sviluppo di Pratt & Whitney Canada, hanno condotto una tipica ispezione di un tubo diffusore per valutare la qualità dei risultati ottenuti con PolyWorks e per confrontarli con quelli ottenuti con una CMM. L'esperimento ha dimostrato con successo che PolyWorks può fornire risultati accurati in una frazione del tempo rispetto a un normale processo basato su tastatura. 

La soluzione

Per questo test specifico, è stata condotta una tipica ispezione con la soluzione software PolyWorks|Inspector utilizzando un tubo diffusore (un pezzo che si trova all'interno di un motore a reazione e che fornisce aria pressurizzata dal sistema di compressione alla camera di combustione). "PolyWorks si comporta come una CMM virtuale che tasta i punti sulla nuvola di punti anziché sulla parte reale. Questo approccio permette agli specialisti del controllo qualità di raccogliere decine di migliaia di punti, e quindi di basare la loro analisi su una fonte di informazioni più ricca e completa", ha spiegato Marc Soucy, Presidente di InnovMetric Software Inc.

Il test è stato condotto nelle seguenti cinque fasi:

A) Acquisizione dei dati:

Fase 1. Acquisizione dei dati

Il tubo diffusore è stato digitalizzato con un digitalizzatore 3D. È stata ricavata una nuvola di punti ad alta densità che fornisce una ricca fonte di informazioni agli specialisti del controllo qualità.

B) Elaborazione della nuvola di punti con PolyWorks:

Fase 2. Primo allineamento e confronto globale

• La nuvola di punti ottenuta dal digitalizzatore viene allineata al modello CAD utilizzando un metodo di allineamento best-fit globale
• La nuvola di punti e il modello CAD vengono confrontati al fine di ottenere le deviazioni da punto a CAD e creare un report pass/fail

Fase 3. Secondo allineamento

Per replicare l'allineamento della CMM, è stato eseguito un allineamento 3-2-1 utilizzando entità specifiche (piano, vettore e punto di origine) estratte da tre sezioni trasversali.

Fase 4. Misura e confronto

Sono state utilizzate tecniche di programmazione GD&T e analisi delle sezioni trasversali per ottenere quattro misure dimensionali su 16 sezioni trasversali:

• Misura dell'area (da sezioni trasversali)
• Spostamento dell'arco (GD&T)
• Angolo N (GD&T)
• Deviazione max. (da sezioni trasversali)

Fase 5. Creazione dei report

È stata creata una reportistica completa con mappe di colori, fogli di calcolo e istantanee con annotazioni. Il report è stato quindi esportato in diversi formati di file, tra cui ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML e Word.

PolyWorks|Inspector ha ridotto il tempo di ispezione di un tubo diffusore di oltre il 75%, mantenendo la precisione e l'accuratezza di una CMM tradizionale!

Vantaggi

Le funzionalità più spiccate di PolyWorks per questo esperimento:

• Analisi delle sezioni trasversali

Il confronto globale tra punti digitalizzati e una superficie CAD è uno strumento potente per aiutare a visualizzare le deformazioni complesse introdotte dai processi di produzione. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, una mappa di colori globale è insufficiente per accettare/rifiutare un pezzo, dal momento che la funzione di un pezzo dipende generalmente da una lista di dimensioni specifiche. Nel caso del tubo diffusore, l'evoluzione della sezione trasversale lungo la linea centrale del tubo è la proprietà più critica che determina se il pezzo è accettabile o meno. Molti tubi diffusori accettabili potrebbero essere rifiutati inutilmente se l'unico criterio preso in considerazione nel processo di ispezione fosse la deviazione globale da punto a punto CAD.

• Analisi del dimensionamento geometrico a tolleranza

Un aspetto esclusivo di PolyWorks|Inspector è il suo processo di misura basato su entità, in cui ogni misura programmata ha le proprie tolleranze definite dall'utente. In questo progetto, gli strumenti GD&T di PolyWorks|Inspector sono stati usati per definire le relazioni tra le entità nominali CAD, le misure che devono essere effettuate e le tolleranze specifiche per ciascuna misura. Gli oggetti GD&T calcolano automaticamente le dimensioni reali sulla nuvola di punti e vengono creati dei report pass/fail intelligenti basati sulle tolleranze.

• Potente linguaggio di programmazione macro

L'analisi dei dati ottenuti dalla CMM è di solito un compito che richiede molto tempo. Per ottenere le varie misure, i dati vengono caricati in vari software e altre operazioni devono essere eseguite manualmente. Ogni operazione deve essere ripetuta per ogni nuovo pezzo.

Con PolyWorks, è possibile eseguire automaticamente una serie di misure utilizzando l'avanzato linguaggio di programmazione macro. Per questo esperimento specifico, uno degli ingegneri applicativi di InnovMetric ha impiegato meno di due giorni per sviluppare le macro necessarie ad automatizzare l'intero processo di ispezione. Di conseguenza, gli ingegneri hanno potuto eseguire un'ispezione completa delle nuvole di punti, dal primo allineamento alla creazione di report completi, in meno di 3 minuti, con un solo clic.

Conclusione

In base alla regola del 10%, i risultati preliminari sono accettabili dal momento che la differenza tra i risultati dello scanner e quelli della CMM è inferiore al 10% del valore di tolleranza del pezzo. A questo punto è possibile eseguire un test R&R (ripetibilità e riproducibilità) per convalidare ulteriormente questi risultati.