Сегодня среда 8 декабря 2021 г. 00:30
сделать стартовой в избранное
О проекте
Контакты
Форум
Размещение рекламы
   
 
 
Логин Пароль  
 
 
запомнить на этом компьютере
регистрация  |  если забыли пароль
 
 
№161октябрь 2021Промышленная площадка
Без права на ошибку
В мировом бытовом хаосе порядок можно поддержать только с помощью постоянного контроля. Как швея внимательно делает замеры ткани, повар пробует блюдо на соль, инженер проводит точные расчёты при работе над проектом, так и в машиностроении правит неукоснительная точность. А слугами её являются технологичные координатно-измерительные машины (КИМ).


Неотъемлемая часть любого производства — контроль качества изделий. Если, конечно, предприятие заинтересовано в этом и не хочет упасть в грязь лицом. Да и дело не только в репутации — качество каждого изделия определяет продуктивность всей цепочки и последующую эксплуатацию детали.

Машиностроительные заводы, например, отличаются серийным производством сложных элементов, для изготовления которых не обойтись без специальных измерительных устройств. От них зависит себестоимость изделий, трудоёмкость производства и временные затраты на изготовление и контроль качества, которое, в свою очередь, способствует увеличению или снижению прибыли. Поэтому и технологии контроля требуют скрупулёзного подхода к разработке и напрямую зависят от процесса изготовления деталей, узлов и приборов. Сам процесс охватывает широкий спектр задач и разработку нормативной документации, но соблюдать размеры — одна из самых основных его целей. Ведь права на ошибку нет, так как детали в машиностроении изготавливают из различных видов металла, а переплавлять их не целесообразно.

Для того чтобы измерять геометрические параметры изделий, обычно используют линейки, штангенглубиномеры, щупы и другие предметы, обладающие только одной функцией. Но благодаря совершенствованию промышленности, технологии и приборы контроля точности величин изделий постоянно улучшаются и становятся всё более удобными и многозадачными.

Оборудование с максимальной точностью помогает техникам проводить контроль различных процессов, оценивать свойства изделия, его качество и другие параметры. Это два конкурирующих прибора контроля, уже ставшие привычными: контрольно-измерительные машины и представители аддитивных технологий — 3D-сканеры.


Машина точности

В прогрессирующей отрасли машиностроения меняются и внутренние технологии. Одна только координатно-измерительная машина способна заменить десяток отдельных приспособлений и с точностью до микрона выдать величину изделия. Традиционные КИМы прошли свою собственную эволюцию от механических до лазерных. Каждый из видов отличался от прежнего технологией, но оставался верен строгой чистоте измерений.

Генеральный директор ООО «Нева Технолоджи» Вячеслав Якунин перечислил параметры, которые влияют на точность и скорость, среди них: стабильность конструкции, ведь она может изменяться со временем из-за температуры, вибраций, износа элементов; точность изготовления, например, перпендикулярность кодовых линеек и осей перемещения; точность комплектующих поворотного устройства; длина щупа или диаметр измерительного шарика. Также он отметил, что существенную роль играет методика измерения и окружающие условия.

Поэтому в совершенствовании прибора есть где разгуляться, например, выбрать для изготовления КИМ более стабильные и лёгкие материалы, создать эффективные виброопоры, встроить в машину датчики температуры или деформации. С помощью этой модернизации можно значительно повысить точность традиционных измерительных устройств.

Поэтому незаменимые при сборке узлов или изготовлении шестерён машины постоянно совершенствуются. И теперь могут работать как в автоматическом режиме, что сейчас актуально, так и в ручном, что имеет смысл при контроле мелких и сложных деталей.

Но несмотря на погоню за автоматизацией, популярностью пользуются всё же новые ручные КИМ, а именно устройство «рука» или «манипулятор». Ручным прибором удобнее пользоваться, ведь можно подобраться к самым потаённым, но очень важным отверстиям изделия. Как отметил генеральный директор ООО «ДС-Инжиниринг» Сергей Некрасов, эта технология не столько новая, сколько наконец дождалась активного спроса на производстве. А любовь у потребителей ручные КИМ заслужили благодаря лёгкости и мобильности. Их функции: измерение отверстий, граней, прорезей и анализ геометрии с последующим её сравнением с моделями.

База каждой координатно-измерительной машины — три ортогональные оси X, Y и Z, которые работают в трёхмерной структуре. С помощью зонда или датчиков машины считывают данные и используют их для измерения и определения геометрической формы.

Раньше в силу недостатка технологий на КИМ были распространены механические датчики, состоящие из шарика, припаянного к концу вала. Но контактный способ, несмотря на нахваленную точность, уже потерял свои былые преимущества.


Теперь на координатно-измерительных машинах широко распространены бесконтактные системы с лазерным способом измерения. И тут-то уже видно сходство с 3D-сканерами, так как детали измеряют с помощью лазерного луча. Картинка, которую за счёт диффузной составляющей получил луч, через линзу проецируется на фотодиодную цифровую линейку. Лазерные системы могут перемещаться так же, как и механические, но имеют большую точность измерений без контакта с объектом.

С внедрением лазерных головок появились и новые возможности, например, для измерения изделий, не допускающих касания. Это могут быть специальные покрытия, пластичные материалы, тонкостенные элементы. Теперь можно решать задачи, которые раньше было трудно или вообще невозможно решить на КИМ, например, исследовать перфорированные газо-турбинные лопатки. Помимо этого, новые устройства способны резко увеличить плотность замеряемых точек. К тому же использование лазерных сканеров позволяет готовить красивые и наглядные отчёты.

Более того, технологии модернизации КИМ дошли до того, что одновременно в системе могут работать сразу четыре датчика, которые измеряют изделия полномерно, и на замер одного сечения нужна лишь 1 секунда. Эксперты считают принцип измерения с применением четырёх лазеров самым эффективным, конечно, если говорить только о традиционных КИМ. Ведь раньше из-за того, что весь процесс контролировал специалист, линии простаивали часами в ожидании каждой детали. Теперь время измерения сократилось и появилась возможность измерения сразу нескольких деталей. Один из современных датчиков, например, имеет разрешение 1 мкм при диапазоне около 5 мм, при этом скорость измерения 50 точек/с. А это очень хорошие показатели. Но зависят они не только от датчиков, ведь КИМ по-прежнему не всегда могут без участия оператора справиться с внесением точек координат, с которыми машине нужно будет работать. Помогает человеку компьютерное программное обеспечение.

О программном обеспечении

Программная часть измерительных машин — это отдельная история, которая подтверждает, насколько они сложны.

«Облака точек, создаваемые лазерными головками, содержат миллионы и десятки миллионов точек, их обработка зачастую требует изощрённого программного обеспечения, больших мощностей обрабатывающих станций, определённого времени», — сообщил г-н Якунин.

Контрольно-измерительные комплексы претерпели сильные изменения в течение последних 20 лет, причиной этого стало развитие технологий и появление новых концепций рограммирования. Использование компьютерной графики в ПО КИМ открыло больше возможностей. У программ есть основная функция — измерение геометрических объектов вроде точек, прямых, окружностей, конусов и других.

Метрологическое программное обеспечение разрабатывают для самых различных типов машин и их задач. Например, ПО от компании Renishaw подходит для 5-осевых измерений и работает даже в автономном режиме. Программа учитывает температуру КИМ, расположение измеряемой детали и даже то, какие крепления используются для этого. Производители утверждают, что это ПО сразу готово к работе и не допускает простоя машин.

Другая программа, PolyWorks Inspector, подходит как машинам с контактным способом измерения, так и с бесконтактным. Работает ПО на механизме с параметрической обработкой данных по сертифицированным математическим алгоритмам и, кроме визуальной связи, обладает звуковым выводом. Программное обеспечение является «мозгом» КИМ и 3D-сканеров современного происхождения.


Аддитивный контроль

Главное правило на производстве — минимизировать простои и сократить время. Поскольку КИМ потребовались десятки лет, чтобы не тратить на одно изделие несколько часов, 3D-сканирование быстро пришлось во вкусу специалистам производственных предприятий. Разработчики утверждают, что их использование существенно сокращает временные и финансовые траты производителей.

«Доля продаж лазерных сканеров как в виде отдельных устройств, так и в составе традиционных и переносных КИМ в последнее время резко возросла», — подтвердил Сергей Некрасов.

3D-сканеры также способны проводить бесконтактное измерение параметров, в частности, линейных размеров, координат отверстий, углов. Но существенное и облегчающее контроль изделий отличие сканеров в том, что оператору не нужно выбирать точку отсчёта, благодаря чему значительно облегчаются перпендикулярные и параллельные измерения и возрастает точность.

Кроме того, трёхмерное сканирование, помимо измерения, может помочь обнаружить изъяны вроде трещин, коррозии изделия.

Правда, оба вида сканеров имеют как достоинства, так и недостатки. Перед тем как выбрать 3D-сканер, следует в полной мере определиться, в какой сфере будет использоваться купленное устройство.


Дилемма

Для использования для контроля на производстве существуют два вида 3D-сканеров: лазерный и оптический. Так вот, лазерная технология мало чем отличается от той, что используют на КИМ, но для лучшего контакта с изделием возле объекта размещают светоотражающие марки. Иначе собрать данные не получится, лазеры прихотливы в этом плане.

Другой тип — оптический сканер — тоже использует отражающую технологию в виде подсветки. С её помощью над объектом образуются линии для формирования траектории обхвата изделия.

Процесс получения информации очень интересен, 3D-сканеры такого типа делают несколько кадров с разных ракурсов, которые потом объединяют в одну полноценную модель детали.

Операторы таким образом могут получить не только основную информацию о размерах и форме, но и даже цвете измеряемой детали. А происходит это путём искажения световых линий.

Но такое количество дополнений омрачается одним значительным минусом — невозможностью проводить сканирование блестящих объектов. Несмотря на эту особенность, Сергей Некрасов всё-таки советует отдавать предпочтение оптическим сканерам: он утверждает, что они более точные, нежели лазерные.

«Излучатель и датчик приёма сигнала откалиброваны друг относительно друга, а основным параметром является характеристика времени (с момента подачи лазерного луча до получения отражённого луча датчиком приёма). В то время как оптические сканеры сравнивают два изображения, полученные с камер, и только потом на основе алгоритмов вычисления устанавливают ту или иную точку в пространстве», — привёл аргумент в пользу лазерных сканеров основатель ООО «Принт 3Д» (Top 3D Group) Василий Киселёв.


Как и традиционные координатно-измерительные машины, сканеры бывают нескольких видов: стационарные для обработки небольших изделий и ручные для обследования крупных тяжёлых деталей.

Заместитель директора по продажам ООО «Фитник» Игорь Ермолин рассказал об опыте использования сканера на производстве, а именно о бесконтактной оптической системе ATOS Capsule 12M. По его словам, оборудование может в довольно короткие сроки произвести сравнительный анализ геометрических размеров исходной 3D-модели и готовой детали. Но не обошлось и без недостатков.

«Минусом данной системы является необходимость применения матирующего спрея для глянцевых, чёрных и зеркальных поверхностей, а также невозможность сканировать глубокие отверстия, поднутрения и скрытые части деталей», — добавил г-н Ермолин.

И сканеры туда же

Сканеры совершенствуются и вносят свою дань в задачи промышленной революции. Для работы со множеством изделий одного типа, чтобы не утруждать оператора монотонным занятием, проще задействовать робота. Это, в конце концов, и скорость сканирования увеличит, и объёмы измеряемых деталей. По словам г-на Некрасова, как правило, роботизированные сканеры устанавливают персонально по специальному техническому заданию.

Определённо, такие сканеры могут быть актуальны в современном течении технологий, но по эффективности в плане точности и быстроты контроля изделий пока отстают. Дело в том, что оператор, контролирующий сканирование, сразу может заметить ошибку из-за некорректности или недостатка информации. Робот, в свою очередь, проигрывает человеческим глазам и может оценивать состояние и результативность работы только в реальном времени. Производители сканирующих роботов не теряются и предлагают вести измерения по уже известной траектории или во избежание неточности информации исследовать объект со всех ракурсов. Но это всё опять же увеличивает время сканирования.

Расстраиваться предприятиям повода нет, так как тут у них всегда есть выбор. Как рассказал Сергей Некрасов, в России нет производителей роботизированных 3D-сканеров, а роботизацией обычных занимаются интеграторы, которые в зависимости от требований заказчика подбирают модель робота, 3D-сканера, или создают специальный механизм перемещения.

КИМ против сканеров

И вот мы подошли к самому интересному вопросу: раз 3D-сканеры и координатно-измерительные машины используют для одних, казалось бы, целей, какие из них лучше?

Оказалось ситуация глубже, чем кажется на поверхности. Есть несколько важных фактов о приборах. Как сообщили эксперты, по скорости измерения объекта лидируют определённо сканеры.

«Если мы возьмём турбинную лопатку, то КИМ будет измерять её «целую вечность», а вот 3D-сканер всего полчаса», — привёл пример технический директор компании TWIZE Павел Чадушкин.

К тому же сканеры незаменимы при работе с контролем параметров электронных деталей, которые могут быть подвержены риску повреждения статическим электричеством, и с изделиями из нетвёрдых материалов. Но кое в чём сканеры и уступают традиционным измерительным машинам.

«Оптические и лазерные системы в большей степени зависимы от воздействия окружающей среды, а именно солнечного излучения, так как принцип их работы основан на отражении светового потока от поверхности объекта измерения. По этой же причине материал объекта измерения не должен поглощать или полностью отражать излучение сканера, это негативно сказывается на результатах измерений», — отметил Василий Киселёв.



Время измерения сократилось, и появилась возможность измерять сразу несколько деталей. Один из современных датчиков, например, имеет разрешение 1 мкм при диапазоне около 5 мм, при этом его скорость 50 точек/с




Самая основная погрешность сканеров, как бы это странно ни звучало, в том, что они не дают верных показаний размеров.

«КИМ выдаёт точность в 1-2 микрона. Не зря он называется высокоточным измерительным прибором. А вот 3D-сканер, хоть и обладает неоспоримым преимуществом, когда необходимо измерить объект со сложной геометрией, и хотя он более производительный, информативный и неприхотливый, но, к сожалению, пока не такой точный, как КИМ», — констатировал г-н Чадушкин.

Сравнивать можно было бы по разным критериям и в различных условиях, но все эксперты сошлись в одном мнении: эти устройства не взаимозаменяемы.

По словам Сергея Некрасова, хотя в последнее время доля продаж сканеров и возросла, полностью заменить КИМ они не могут. Так как есть детали, у которых необходимо узнать лишь несколько размеров, а не всю поверхность. Но это ещё не всё.

«Сканеры не могут полностью заменить остальные виды КИМ, так как любой сканер имеет зону фокусного расстояния, соответственно, глубокие отверстия, колодцы таким сканерам неподвластны. Также трудности вызывают задачи по сканированию «острых» элементов. Технологии сканирования работают по принципу отражения, соответственно, отражение от острых кромок не всегда дает хороший результат», — рассказал г-н Киселёв.


Да и в конце концов, они предназначены для контроля совершенно разных деталей. Возможно, разработчики и доведут их до способности сканировать любые объекты, но пока так.

«КИМ появились раньше сканеров, и на сегодняшний день они более востребованы и чаще используемы. Но, судя по динамике спроса на 3D-сканеры, могу сказать, что в ближайшей перспективе они не будут уступать традиционным координатно-измерительным машинам, а, может, даже и превзойдут их», — дал надежду на перемены в будущем Павел Чадушкин.

Кратко о перспективах России
 
Вячеслав Якунин, который участвовал в разработке одной из самых передовых систем для измерения крупногабаритных изделий, подвёл неутешительный итог для будущего отрасли создания КИМ в России. Он утверждает, что в стране для поддержания конкуренции на рынке нет абсолютно ничего: ни рынка нужного уровня, ни хороших производителей, которые были бы готовы тратиться на разработки, ни поддержки государства. По словам г-на Якунина, власти даже не обсуждают помощь участникам конкурса, если они терпят неудачу. Останавливает прогресс и нежелание компаний финансировать перспективные разработки, да и банки не заинтересованы во вкладах в производственные задачи с высоким риском и возможным высоким выигрышем. Со слов генерального директора ООО «Нева Технолоджи», пока в России есть только хорошие специалисты с пониманием задач, желанием что-то менять и необходимым образованием. Но без инновационной экономики этого, к сожалению, недостаточно.

«Несмотря на такие реалии, гибкость ума и тяга к новым свершениям новых поколений специалистов вселяет надежду на реализацию идей и в нашей стране», — добавил Вячеслав Якунин.


К СЛОВУ

Эксперты считают принцип измерения с применением четырёх лазеров самым эффективным, конечно, если говорить только о традиционных КИМ. Ведь раньше из-за того, что весь процесс контролировал специалист, линии часами простаивали в ожидании каждой детали. Теперь время измерения сократилось, и появилась возможность измерения сразу нескольких деталей.


ЭКСПЕРТ


Вячеслав Якунин,
генеральный директор ООО «Нева Технолоджи»

Если бы лазерные сканирующие устройства решали все задачи, то контактные щупы просто исчезли бы с рынка. Однако любые лазерные сканирующие головки работают на определённых расстояниях от поверхности (от нескольких единиц до нескольких десятков сантиметров), сами имеют значительный размер, требуют отражения сигналами и не позволяют измерить конкретную точку. Поэтому некоторые задачи не могут быть решены без применения контактных щупов, например:

  • контроль прозрачных, светопроницаемых, зеркальных или полностью светопоглощающих изделий;
  • контроль точек с ограниченной доступностью;
  • измерение нескольких конкретных точек;
  • измерение на предельных точностях (близких к микрону).


Текст: Анастасия Семёнова.

Новости
 
Более 230 российских и зарубежных компаний представят свои разработки на выставке «Безопасность и охрана труда» (БИОТ-2021)
             ......
 
 
WorldSkills Russia 2021 и Sandvik Coromant тренируют профессионалов
Фото: worldskills.ruВ Уфе прошёл финал крупнейшего в......
 
 
SPOK перешёл в стадию пилотных испытаний
Фото предоставлено НПП «Темп» им. Ф. КоротковаКоманда......
 
 
Внесены изменения в условия предоставления субсидий
Фото: static.government.ru21 сентября резидент России Владимир Путин......
 
 
Объявлена дата выставки JIMTOF
Фото: jimtof.org5 октября в рамках EMOMilano 2021......
 
 
97,4 ГВт: мощность возобновляемых источников к 2050 году
Фото: minenergo.gov.ruДиректор Департамента развития электроэнергетики Минэнерго Андрей......
 
 
Российский энергобаланс — пример для других
Фото: ukcop26.orgГлава российской делегации, вице-премьер Алексей Оверчук......
 
АРХИВ НОВОСТЕЙ
   
   
© 2006-2017. Все права защищены. «Единый промышленный портал Сибири»
Цитирование приветствуется при условии указания ссылки на источник - www.epps.ru
© Создание сайта - студия GolDesign.Ru