Сравнение метрологических решений для 3D-сканирования с целью экономии времени при контроле

Больше времени — это роскошь, которую многие люди хотели бы себе позволить. А как насчет инженеров, которые работают долгие часы, чтобы проектировать и изготавливать пресс-формы для производства автомобильных высокопроизводительных деталей, таких как двигательные устройства, трансмиссии и электронные системы управления? Что бы они сделали, если бы могли сэкономить 85% времени, требуемого для контроля пресс-форм?

Возможности многочисленны, но высока вероятность того, что они предпочли бы проверять больше пресс-форм или проводить более углубленный контроль каждой пресс-формы. Они также могли бы высвободить это драгоценное время и инвестировать его в инновации, например, в разработку новых процессов и новых продуктов или в совершенствование существующих методов.

Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? Это не так; это всего лишь вопрос оспаривания сложившегося положения дел и сравнения производительности существующего оборудования, используемого для контроля, с другой, более инновационной и эффективной технологией. Именно это и сделали инженеры, работающие на важном предприятии в автомобильной промышленности по производству пресс-форм. Они сравнили известный 3D-сканер с синим светом с Creaform HandySCAN 3D|BLACK Elite.

Разница во времени выполнения одного и того же процесса сканирования была огромной с точки зрения времени контроля — то есть 294 минуты с 3D-сканером с синим светом против 45 минут с HandySCAN 3D|BLACK Elite.

Как объяснить эту значительную разницу во времени?
Почему HandySCAN 3D|BLACK Elite работал так быстро?
Что мешало 3D-сканеру с синим светом?

Деталь промышленного пресса для штамповки листового металла

В этой статье мы объясним процесс, которому следовали инженеры, и результаты, которые они получили. Он показывает производительность портативных 3D-сканеров на основе лазера по сравнению с 3D-сканером на основе синего света, и данные недвусмысленны. Они показывают, что ручное устройство имеет значительно более быстрый процесс сканирования, достигая при этом того же уровня точности, что и его аналог, устанавливаемый на штатив.

Данные сравнительного анализа¹
Сравнительный анализ проводился в производственном цехе. Инженеры оставили пресс-форму в цехе на ночь для достижения теплового равновесия, чтобы получить справедливое сравнение между HandySCAN 3D | BLACK Elite и их существующей измерительной системой. Размеры пресс-формы, использованной для сравнительного анализа, составляли примерно 800 мм x 1000 мм x 1000 мм. Деталь состояла из труб и электромеханических компонентов, что делало конструкцию относительно сложной, включая некоторые скрытые области, которые трудно захватить измерительным оборудованием. Наконец, материал был умеренно блестящим, что требовало нанесения порошка в случае 3D-сканера с синим светом.

Высокоточное производство пресс-форм и штампов для автомобильной и аэрокосмической промышленности, высокоточная режущая часть для литейной формы литья под давлением и низким давлением, чистовой механической обработки пресс-формы и штампа

Процесс сканирования

1. Настройка и подготовка детали: Для обоих измерительных приборов инженеры начали с нанесения примерно 40 позиционных мишеней на поверхность пресс-формы. В случае HandySCAN 3D|BLACK Elite они подключили устройство. В случае 3D-сканера с синим светом они установили штатив и закрепили на нем сканер. Из-за блестящей поверхности пресс-формы им также пришлось нанести порошок на деталь — шаг, который не требовался при использовании HandySCAN 3D|BLACK Elite.

2. Сканирование и постобработка: Затем инженеры приступили к сканированию, собирая измерения и получая данные. С лазерной системой им просто нужно было водить HandySCAN 3D | BLACK Elite над пресс-формой, как если бы они распыляли краску. Со световой системой им приходилось перемещать штатив в разные положения и под разными углами и добавлять дополнительные куски картона, чтобы избежать внешних помех. После выполнения этих шагов инженеры могли обработать данные сканирования и получить чистый STL-файл.

3. Очистка детали: Наконец, инженеры завершили контроль, удалив позиционные мишени. В случае с 3D-сканером с синим светом им также пришлось очистить поверхность пресс-формы от порошка.

Время контроля

Общее время контроля, необходимое для настройки, подготовки, сканирования, обработки и очистки пресс-формы, составило 45 минут для портативного ручного 3D-сканера на основе лазера по сравнению с 294 минутами для 3D-сканера с синим светом.

| Этапы | HandySCAN 3D|BLACK Elite | 3D-сканер с синим светом | Дополнительное время, необходимое для 3D-сканера с синим светом |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| Настройка и подготовка детали | 5 | 84 | в 16,8 раза |
| Сканирование и постобработка | 30 | 180 | в 6 раз |
| Очистка детали (после сканирования) | 10 | 30 | в 3 раза |
| ВРЕМЯ (минуты) | 45 | 294 | в 6,5 раза |

По сравнению с Creaform HandySCAN 3D | BLACK Elite известному 3D-сканеру с синим светом потребовалось в 6,5 раза больше времени для контроля той же пресс-формы в тех же условиях окружающей среды и с эквивалентной точностью.

Объяснение резкой разницы во времени

Стремительная скорость от настройки до сканирования
В отличие от ручного HandySCAN 3D|BLACK Elite, 3D-сканер с синим светом необходимо было установить на штатив и разместить в правильном положении и под правильным углом перед активацией камеры. Следовательно, потребовалось множество настроек.

Поскольку каждая пресс-форма имеет уникальную форму со своей геометрией и специфическими особенностями, инженеры должны определить правильную комбинацию углов и положений для захвата всего профиля пресс-формы. В соответствии с их текущей внутренней процедурой, штатив приходилось перемещать в 16 различных положений, чтобы полностью отсканировать деталь. Сначала инженеры разместили штатив в 10 различных местах вокруг пресс-формы, расположив камеру под углом 45°. Затем они переместили его в 6 дополнительных положений, на этот раз ориентированных под углом 85°. Между каждой манипуляцией со штативом необходимо было выполнить 4 различных и точных шага для правильного изменения угла и положения камеры.

Эти трудоемкие манипуляции во многом объясняют, почему этапы подготовки и сканирования заняли больше времени с 3D-сканером с синим светом.

Превосходная эргономика и легкая портативность
Поскольку метрологическая система структурированного света, установленная на штативе, должна была вращаться на 360° вокруг пресс-формы, чтобы полностью отсканировать ее форму, инженерам пришлось выделить достаточно места в цехе, чтобы разместить как пресс-форму, так и 3D-сканер на основе света.

Инженеры отметили, что световую систему необходимо было расположить в точном месте для эффективного захвата скрытых элементов. Изменение положения камеры под правильным углом требовало множества проб и ошибок, что было утомительно и, опять же, отнимало много времени. Напротив, ограниченные зоны было легче сканировать с помощью HandySCAN 3D | BLACK Elite. Инженеры могли легко ориентировать оптику под правильным углом для захвата сложной геометрии пресс-формы, поскольку они держали устройство в руке и видели захват данных в реальном времени. Если не хватало деталей, они знали об этом сразу и могли снова провести 3D-лазерным сканером над конкретной областью, чтобы легко захватить недостающие данные, экономя драгоценное время в процессе сканирования.

Универсальность при любой отделке поверхности
Как упоминалось ранее, отражающая поверхность пресс-формы должна была быть покрыта порошковым спреем перед использованием технологии синего света. Следовательно, дополнительное время потребовалось и для удаления всего порошкового покрытия в конце контроля. Напротив, поскольку технология лазерного сканирования может сканировать любой тип материала без подготовки поверхности, настройка и подготовка детали заняли почти в 17 раз меньше времени с универсальным HandySCAN 3D|BLACK Elite.

Точность и надежность в производственных условиях
Чтобы избежать внешних помех и отражений, которые могли бы повлиять на производительность 3D-сканера на основе света, инженеры окружили пресс-форму кусками картона. Таким образом, они были уверены, что свет и окружающая среда не повлияют на результаты измерений. Эта мера предосторожности не требовалась для 3D-сканера на основе лазера, что также способствовало сокращению процесса сканирования.

Блестящий HandySCAN 3D|BLACK Elite

HandySCAN 3D|BLACK Elite превзошел известный 3D-сканер с синим светом во всех отношениях в ходе этого сравнительного анализа. Было сэкономлено не только 85% времени контроля, которое было инвестировано в более углубленные проверки, но и контроль пресс-формы стал проще и легче, независимо от нестабильности окружающей среды, отражательной способности материала или уровня опыта инженеров в 3D-сканировании.

Инженеры обобщили свой опыт работы с Creaform HandySCAN 3D|BLACK Elite следующим образом:

• Портативность сделала контроль простым: измерительная система была доставлена к детали, а не наоборот.

• Подготовка детали была минимальной: просто нанесите мишени, подключите устройство, и вы готовы к сканированию.

• Производительность синего лазера на высокоотражающих поверхностях была впечатляющей.

• Движение при сканировании было интуитивным и легко понятным даже для новичков.

• Визуализация в реальном времени помогала пользователям выявлять и заполнять любые пропущенные области во время сканирования.

• После контроля требовалась минимальная очистка.

Явные преимущества HandySCAN 3D|BLACK Elite в скорости, портативности, универсальности и точности были четко продемонстрированы, что привело к успешному опыту и привело к замене существующей системы сканирования с синим светом.

¹ Для этого сравнительного анализа технологии 3D-сканирования с синим светом и лазером были эквивалентны по точности (25 мкм).