Pratt & Whitney

การจำลองกระบวนการตรวจวัดด้วย CMM 

ซอฟต์แวร์ InnovMetric จำลองกระบวนการตรวจวัดด้วย CMM โดยใช้เครื่องมือแปลงข้อมูลดิจิทัล 3 มิติและ PolyWorks® 

ปัจจุบันผู้ผลิตในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินใช้เทคโนโลยี CMM แบบหัววัดสัมผัสในการตรวจวัดชิ้นส่วน การหล่อ แม่พิมพ์ ฯลฯ กระบวนการตรวจวัดนี้ได้รับการพิสูจน์ผ่านกาลเวลามาแล้วว่ามีความเที่ยงตรงสูงและน่าเชื่อถือ แต่ในอีกแง่หนึ่งเทคนิคนี้กลับต้องใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงอีกด้วย

เมื่อไม่นานมานี้ การมาถึงและการพัฒนาเทคโนโลยีแปลงข้อมูลดิจิทัล 3 มิติได้เปิดประตูสู่การประยุกต์ใช้งานแบบใหม่ ๆ มากมายสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์และการบิน นวัตกรรมใหม่ล่าสุดในวงการการตรวจวัดและการควบคุมคุณภาพคือความสามารถในการจำลองการวัดชุดหนึ่ง โดยใช้เครื่องแปลงข้อมูลดิจิทัล 3 มิติและซอฟต์แวร์การตรวจวัดแบบพอยต์คลาวด์ความหนาแน่นสูง ซึ่งปกติแล้วการวัดเหล่านี้ต้องใช้เครื่องมือมากมาย เช่น มาตรวัดกายภาพและ CMM เป็นต้น

นับตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมา InnovMetric Software ได้นำเสนอ PolyWorks|Inspector™ ซึ่งเป็นโซลูชันซอฟต์แวร์ทรงพลังที่ใช้ระบบพอยต์คลาวด์ความหนาแน่นสูงในการควบคุมคุณภาพของการหล่อ/แท่นพิมพ์/แม่พิมพ์ และรับรองกระบวนการผลิตผ่านการตรวจวัดชิ้นงานที่เป็นตัวต้นแบบ ชิ้นงานแรกที่ผลิตและประกอบ PolyWorks|Inspector มีชุดเครื่องมือที่ครบถ้วนสำหรับการเปรียบเทียบรูปทรงและโปรไฟล์ (เปรียบเทียบแบบชิ้นส่วนต่อชิ้นส่วนและเปรียบเทียบชิ้นส่วนกับ CAD) และมีความสามารถในการวิเคราะห์ GD&T เต็มรูปแบบ รวมถึงเครื่องมือวัดต่าง ๆ (เส้นตรง, รัศมี, ช่องว่างและความราบ, ความหนา ฯลฯ)

ความท้าทาย

InnovMetric ได้รับการติดต่อจาก Pratt & Whitney Canada ผู้ผลิตเครื่องยนต์ไอพ่นชั้นนำของโลก เพื่อจำลองการตรวจวัดชิ้นส่วนแบบเดิมโดยใช้ PolyWorks และเครื่องแปลงข้อมูลดิจิทัล 3 มิติแทนที่จะใช้เครื่องวัดพิกัด (CMM) แบบเดิม วิศวกรด้านการประยุกต์ใช้งานของ InnovMetric ร่วมมือกับทีมพัฒนาของ Pratt & Whitney Canada ได้ดำเนินการตรวจวัดท่อดิฟฟิวเซอร์ทั่วไป เพื่อประเมินคุณภาพของผลลัพธ์ที่ได้จาก PolyWorks และเปรียบเทียบผลลัพธ์ดังกล่าวกับผลที่ได้จาก CMM การทดลองสามารถแสดงให้เห็นว่า PolyWorks มอบผลลัพธ์ที่เที่ยงตรงในเวลาเพียงเสี้ยวเดียวของกระบวนการตรวจวัดที่ใช้หัววัดตามปกติ 

โซลูชัน

สำหรับการทดสอบนี้ โซลูชันซอฟต์แวร์ PolyWorks|Inspector ทำการตรวจวัดทั่วไปโดยใช้ท่อดิฟฟิวเซอร์ (ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ไอพ่นที่ทำหน้าที่ส่งอากาศอัดจากระบบบีบอัดไปยังห้องสันดาป) “PolyWorks ทำหน้าที่เป็นระบบ CMM เสมือนที่เข้าไปวัดจุดต่าง ๆ บนพอยต์คลาวด์แทนที่จะเป็นชิ้นส่วนของจริง แนวทางนี้ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมคุณภาพเก็บข้อมูลจุดนับหมื่นจุดได้ จึงสามารถทำการวิเคราะห์โดยอ้างอิงจากแหล่งข้อมูลที่ครบสมบูรณ์มากขึ้น" Marc Soucy ประธานบริษัท InnovMetric ระบุ

การทดสอบแบ่งเป็น 5 ขั้นตอนดังนี้:

A) การเก็บข้อมูล:

ขั้นตอนที่ 1 การเก็บข้อมูล

ท่อดิฟฟิวเซอร์ได้รับการแปลงเป็นข้อมูลดิจิทัลด้วยเครื่องแปลงข้อมูลดิจิทัล 3 มิติ ข้อมูลที่ได้คือพอยต์คลาวด์ความหนาแน่นสูง ซึ่งเป็นแหล่งข้อมูลที่ครบถ้วนสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมคุณภาพ

B) การประมวลผลพอยต์คลาวด์ด้วย PolyWorks:

ขั้นตอนที่ 2 การวางแนวแรกและการเปรียบเทียบโดยรวม

• พอยต์คลาวด์ที่ได้จากเครื่องแปลงข้อมูลดิจิทัลจะนำไปจัดวางแนวกับแบบจำลอง CAD โดยใช้วิธีการการวางแนว Best-fit โดยรวม
• พอยต์คลาวด์และแบบจำลอง CAD จะถูกนำมาเปรียบเทียบกันเพื่อให้ได้ค่าการเบี่ยงเบนแบบจุดต่อ CAD และสร้างรายงานผ่าน/ไม่ผ่าน

ขั้นตอนที่ 3 การวางแนวครั้งที่สอง

เพื่อจำลองการวางแนวของ CMM จึงมีการวางแนวแบบ 3-2-1 โดยใช้คุณลักษณะที่เจาะจง (ระนาบ, เวกเตอร์ และจุดกำเนิด) ที่แยกออกมาจากภาพตัดขวางสามภาพ

ขั้นตอนที่ 4 การวัดและการเปรียบเทียบ

เราใช้เทคนิคการเขียนโปรแกรม GD&T และการวิเคราะห์ภาพตัดขวางเพื่อให้ได้การวัดสี่มิติที่มีการตัดขวาง 16 แนว:

• การวัดพื้นที่ (จากแนวตัดขวาง)
• การย้ายที่คันธนู (GD&T)
• องศา N (GD&T)
• การเบี่ยงเบนสูงสุด (จากแนวตัดขวาง)

ขั้นตอนที่ 5 การสร้างรายงาน

รายงานฉบับสมบูรณ์ที่ประกอบด้วยแผนที่สี แผ่นงาน และสแนปช็อตพร้อมคำอธิบายประกอบจะได้รับการสร้างขึ้นมา จากนั้น รายงานจะถูกส่งออกเป็นไฟล์รูปแบบต่าง ๆ ซึ่งรวมถึง ASCII, AVI, Excel, HTML, VRML และ Word ด้วย

PolyWorks|Inspector™ ร่นระยะเวลาการตรวจวัดท่อดิฟฟิวเซอร์ได้มากกว่า 75% โดยยังคงรักษาความเที่ยงตรงและแม่นยำของ CMM แบบเดิมเอาไว้!

คุณประโยชน์

คุณสมบัติที่ชัดเจนที่สุดของ PolyWorks ในการทดลองนี้:

• การวิเคราะห์ภาพตัดขวาง

การเปรียบเทียบจุดดิจิทัลกับพื้นผิว CAD โดยรวมเป็นเครื่องมือทรงพลังที่ช่วยให้เห็นความผิดรูปซับซ้อนที่เกิดจากกระบวนการผลิตได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ แผนที่สีโดยรวมยังไม่เพียงพอต่อการตัดสินใจว่าจะยอมรับ/คัดชิ้นงานออกไปหรือไม่ เนื่องจากการทำงานของชิ้นส่วนโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับรายการขนาดที่จำเพาะเจาะจง ในกรณีของท่อดิฟฟิวเซอร์ การแสดงพื้นที่ตัดขวางตามแนวเส้นแกนกลางของท่อเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดในการประเมินว่าชิ้นส่วนยอมรับได้หรือไม่ ซึ่งท่อดิฟฟิวเซอร์ที่ยอมรับได้มากมายอาจถูกคัดออกไปอย่างน่าเสียดาย หากพิจารณาการเบี่ยงเบนโดยรวมแบบจุดต่อ CAD เพียงอย่างเดียวในกระบวนการตรวจวัด

• การวิเคราะห์มิติและความคลาดเคลื่อนยินยอมเชิงเรขาคณิต

สิ่งที่ไม่เหมือนใครของ PolyWorks|Inspector ก็คือกระบวนการวัดแบบอิงจากเค้าโครง ซึ่งแต่ละการวัดที่ตั้งโปรแกรมไว้จะมีค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมที่ผู้ใช้กำหนดไว้สำหรับการวัดนั้น ๆ ในโปรเจ็กต์นี้ เราใช้เครื่องมือ GD&T ของ PolyWorks|Inspector ในการกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างเค้าโครง CAD ที่กำหนด, การวัดที่ต้องทำ และค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมสำหรับแต่ละการวัด วัตถุ GD&T คำนวณมิติจริงโดยอัตโนมัติบนพอยต์คลาวด์ และสร้างรายงานผ่าน/ไม่ผ่านอัจฉริยะที่อิงจากค่าความคลาดเคลื่อนยินยอม

• ภาษาการเขียนโปรแกรมแมโครที่ทรงพลัง

ข้อมูลวิเคราะห์ที่ได้จาก CMM มักเป็นงานที่เสียเวลามาก เพื่อให้ได้ค่าการวัดต่าง ๆ คุณจะต้องโหลดข้อมูลขึ้นสู่หลายซอฟต์แวร์ และมีงานอื่น ๆ ที่ต้องทำด้วยมือ โดยการทำงานแต่ละอย่างต้องทำซ้ำสำหรับชิ้นส่วนใหม่ทุกชิ้น

แต่สำหรับ PolyWorks ชุดการวัดจะดำเนินการโดยอัตโนมัติโดยใช้ภาษาการตั้งค่าแมโครขั้นสูง สำหรับการทดลองนี้ วิศวกรด้านการประยุกต์ใช้งานคนหนึ่งของ InnovMetric ใช้เวลาไม่ถึงสองวันในการพัฒนาแมโครเพื่อให้กระบวนการตรวจวัดทั้งหมดเป็นอัตโนมัติ ดังนั้น วิศวกรจึงสามารถดำเนินการตรวจวัดพอยต์คลาวด์ทั้งหมดได้ ตั้งแต่การวางแนวครั้งแรก ไปจนถึงการสร้างรายงานฉบับสมบูรณ์ ในเวลาไม่ถึง 3 นาที และด้วยการคลิกเมาส์เพียงครั้งเดียว

สรุป

เมื่ออิงตามกฎ 10% ผลลัพธ์เบื้องต้นสามารถยอมรับได้ เนื่องจากส่วนต่างระหว่างผลของเครื่องสแกนกับผลของ CMM มีค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมของชิ้นส่วนต่ำกว่า 10% การทดสอบ Gauge R&R (ความสามารถในการทำซ้ำและทวนซ้ำ) ตอนนี้สามารถทำได้แล้วเพื่อยืนยันผลลัพธ์เหล่านี้เพิ่มเติม