Odtwarzanie procesu kontroli opartego na współrzędnościowych maszynach pomiarowych
Oprogramowanie InnovMetric odtwarza proces kontroli oparty na współrzędnościowych maszynach pomiarowych przy użyciu digitizera 3D i PolyWorks®.
Obecnie producenci w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym wykorzystują technologię współrzędnościowych maszyn pomiarowych z sondą dotykową do inspekcji części, odlewów, form itp. Taki proces inspekcji okazał się z czasem niezwykle dokładny i niezawodny. Jednak okazało się również czasochłonny i stosunkowo kosztowny.
Powstanie i rozwój technologii digitalizacji 3D umożliwiło ostatnio wiele nowych zastosowań w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Ostatnią przełomową innowacją w zakresie inspekcji i kontroli jakości jest możliwość odtworzenia serii pomiarów, tradycyjnie uzyskiwanych za pomocą różnych narzędzi, takich jak fizyczne przyrządy pomiarowe i maszyny współrzędnościowe, przy użyciu digitizera 3D i oprogramowania do inspekcji o dużej gęstości chmury punktów.
Od 2000 roku InnovMetric Software oferuje PolyWorks|Inspector™, potężne rozwiązanie programowe, które wykorzystuje chmury punktów o dużej gęstości do kontroli jakości odlewów/form i zatwierdzania procesów produkcyjnych poprzez inspekcję prototypu, pierwszego elementu, a także wyprodukowanych i zmontowanych części. PolyWorks|Inspector oferuje kompletny zestaw narzędzi do porównywania form i profili (część do części i część do CAD), a także pełne funkcje analizy GD&T, jak również szeroki wachlarz miękkich narzędzi pomiarowych (liniowe, promień, spłaszczenie i szczelina, grubość itp.).
Wyzwanie
Firma InnovMetric została poproszona przez wiodącego producenta silników odrzutowych Pratt & Whitney Canada o odtworzenie tradycyjnej inspekcji części przy użyciu PolyWorks i digitizera 3D zamiast współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM). Inżynierowie InnovMetric wraz z zespołem rozwojowym Pratt & Whitney Canada przeprowadzili typową inspekcję rury dyfuzora, aby ocenić jakość wyników uzyskanych za pomocą PolyWorks i porównać je z wynikami uzyskanymi za pomocą współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Eksperyment wykazał, że PolyWorks może dostarczyć dokładne wyniki wielokrotnie szybciej niż w przypadku procesu opartego na sondzie.
Rozwiązanie
W przypadku tego testu przeprowadzono typową inspekcję z wykorzystaniem oprogramowania PolyWorks|Inspector na rurze dyfuzora (części znajdującej się wewnątrz silnika odrzutowego, która dostarcza powietrze pod ciśnieniem z układu sprężania do komory spalania). „PolyWorks działa jako wirtualna maszyna współrzędnościowa, która sonduje punkty na chmurze punktów zamiast na fizycznej części. Takie podejście pozwala specjalistom ds. inspekcji zebrać dziesiątki tysięcy punktów, a tym samym oprzeć analizy na bogatszym i pełniejszym źródle informacji — mówi Marc Soucy, prezes InnovMetric Software Inc.
Test przeprowadzono w następujących pięciu etapach:
A) Pozyskiwanie danych:
Krok 1 Pozyskiwanie danych
Rurę dyfuzora zdigitalizowano za pomocą digitizera 3D. Uzyskano chmurę punktów o dużej gęstości, stanowiącą bogate źródło informacji dla specjalistów ds. kontroli jakości.
B) Przetwarzanie chmury punktów za pomocą programu PolyWorks:
Krok 2 Pierwsze wyrównanie i ogólne porównanie
- Chmurę punktów uzyskaną z digitizera wyrównano z modelem CAD przy użyciu ogólnej metody najlepszego dopasowania.
- Chmurę punktów i model CAD porównuje się w celu uzyskania odchyleń punktu do CAD i wygenerowania raportu pass/fail.
Krok 3 Drugie wyrównanie
Aby odtworzyć wyrównanie maszyny współrzędnościowej, wykonuje się wyrównanie 3-2-1 z wykorzystaniem określonych cech (płaszczyzna, wektor i punkt początkowy) wyodrębnionych z trzech przekrojów.
Krok 4 Pomiary i porównanie
Techniki programowania GD&T oraz analiza przekrojów służą do uzyskania pomiarów czterowymiarowych na 16 przekrojach:
- Pomiar powierzchni (z przekrojów)
- Wyporność dziobu (GD&T)
- Kąt N (GD&T)
- Maks. odchylenie (z przekrojów)
Krok 5 Generowanie raportu
Generowany jest kompletny raport zawierający mapy kolorów, arkusze kalkulacyjne i zrzuty ekranu z adnotacjami. Raport jest następnie eksportowany do kilku formatów plików, w tym ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML i Word.
PolyWorks|Inspector skrócił czas kontroli rury dyfuzora o ponad 75%, zachowując przy tym dokładność i precyzję tradycyjnej maszyny współrzędnościowej!
Korzyści
Najważniejsze cechy PolyWorks w przypadku tego eksperymentu:
-
Analiza przekroju
Globalne porównanie zdigitalizowanych punktów z powierzchnią CAD to potężne narzędziem pomagające w wizualizacji złożonych zniekształceń spowodowanych przez procesy produkcyjne. Jednak w większości przypadków globalna mapa kolorów nie wystarczy do akceptacji/odrzucenia części, ponieważ funkcja części zazwyczaj zależy od listy określonych wymiarów. W przypadku rury dyfuzora zmiana pola przekroju wzdłuż linii środkowej rury jest najważniejszym czynnikiem, który decyduje o akceptowalności części. Wiele akceptowalnych rur dyfuzorów można by odrzucić pomimo, że byłoby to nieekonomiczne, gdyby globalne odchylenie od punktu do CAD stanowiło jedyne kryterium brane pod uwagę w procesie kontroli.
-
Wymiarowanie geometryczne i analiza tolerancji
Unikalnym aspektem PolyWorks|Inspector jest proces pomiarowy oparty na cechach, w którym każdy zaprogramowany pomiar posiada własne, zdefiniowane przez użytkownika tolerancje. W tym projekcie narzędzia GD&T PolyWorks|Inspector służą do określania relacji pomiędzy nominalnymi cechami CAD, pomiarami, które należy wykonać oraz tolerancjami właściwymi dla każdego pomiaru. Obiekty GD&T automatycznie obliczają rzeczywiste wymiary na chmurze punktów i generowane są inteligentne, oparte na tolerancji raporty pass/fail.
-
Potężny język programowania makr
Analiza danych uzyskanych z maszyny współrzędnościowej jest zazwyczaj czasochłonnym zadaniem. Aby uzyskać poszczególne pomiary, dane wczytuje się do różnych programów, a inne operacje wykonuje się ręcznie. Dla każdej nowej części trzeba powtórzyć każde działanie.
Dzięki PolyWorks można automatycznie wykonać serię pomiarów przy użyciu zaawansowanego języka programowania makr. W przypadku tego eksperymentu jeden z inżynierów InnovMetric potrzebował mniej niż dwóch dni, by opracować makra automatyzujące proces inspekcji. W efekcie inżynierowie mogli wykonać kompletną inspekcję chmury punktów, od pierwszego wyrównania do wygenerowania kompletnych raportów, w czasie krótszym niż 3 minuty, za pomocą jednego kliknięcia myszki.
Wniosek
W oparciu o zasadę 10%, wstępne wyniki są akceptowalne, ponieważ różnica między wynikami skanera i wynikami maszyny współrzędnościowej wynosi poniżej 10% wartości tolerancji części. Można teraz wykonać test R&R (powtarzalności i odtwarzalności) przyrządu pomiarowego w celu dalszego zatwierdzenia tych wyników.
Podsumowanie
Cele eksperymentu
-
Odtworzenie tradycyjnego procesu inspekcji opartego na maszynie współrzędnościowej przy użyciu digitizera 3D do przechwytywania punktów oraz programu PolyWorks do przetwarzania zbioru danych
-
Ocena jakości (dokładności) pomiarów uzyskanych za pomocą PolyWorks, porównując je z pomiarami uzyskanymi za pomocą maszyny współrzędnościowej
-
Oszacowanie czasu zakończenia inspekcji części z wykorzystaniem programu PolyWorks
-
Zatwierdzenie możliwości wykonania testu R&R (powtarzalności i odtwarzalności) przyrządu pomiarowego
Podejście
-
Digitalizacja rury dyfuzora za pomocą laserowego digitizera o dużej gęstości
-
Wczytanie chmury punktów danych do programu PolyWorks i wyrównanie z oryginalnym modelem CAD za pomocą modułu IMInspect
-
Automatyczne wyodrębnienie czterech pomiarów na 16 przekrojach, za pomocą zaprogramowanych narzędzi GD&T i funkcji analizy przekrojów w programie PolyWorks
-
Generowanie kompletnych raportów, w tym map kolorów, zrzutów ekranu z adnotacjami, raportów w formie tabeli i animowanych w formacie AVI
-
Stworzenie makr przy użyciu języka skryptowego PolyWorks w celu automatyzacji procesu inspekcji
Wyniki eksperymentu
-
Pomiary uzyskane za pomocą digitizera 3D i PolyWorks są bardzo podobne do wyników uzyskanych za pomocą maszyny współrzędnościowej. Odchylenia pomiędzy dwoma zbiorami wyników wynoszą poniżej 10% wartości tolerancji części.
-
Inspekcja rury dyfuzora przy użyciu digitizera 3D i PolyWorks w ciągu 25% czasu, którego wymagała tradycyjna metoda inspekcji oparta na maszynie współrzędnościowej:
• Pozyskiwanie danych za pomocą digitizera 3D w ciągu zaledwie 15 minut zamiast 1 godziny jak w przypadku maszyny współrzędnościowej
• Proces inspekcji chmury punktów ukończony w czasie krótszym niż 3 minuty przy użyciu całkowicie zautomatyzowanych funkcji inspekcji PolyWorks
