两者共同提高生产质量和速度
Opticline 光学系统可在几秒钟内提供高精度的形状、位置和尺寸测量结果，并且易于重新编程其他类似轴的零件。制造中的自动化比以往任何时候都更加重要，它可以降低成本并提高质量。虽然它在组装汽车、加工发动机或在机身中钻孔很重要，但它对计量操作也很重要吗？ “当然，”VRSI（密歇根州普利茅斯）的工程经理 Michael Kleemann 解释道。 “总体而言，自动化测量的发展与自动化制造的发展密切相关。随着制造自动化变得更加强大和灵活，它需要更多的测量和闭环协作控制。”
Kleemann 看到了自动化测量和计量领域的持续增长，这是幸运的，因为这是他公司产品的核心。汽车行业历来是工业自动化发展的主导力量，包括自动化测量。 “最近，航空航天业在自动化方面取得了重大进展，这对我们的供应基地提出了挑战，要求我们提供更灵活、更能适应更大空间体积的解决方案，”Kleemann 说。 “将测量和闭环控制与自动化制造流程紧密集成，使这些流程既可以容忍输入端的更多变化，从而延长正常运行时间，又可以减少输出端的变化，从而提高产品质量。”
多样性和用途
除航空航天外，自动化计量还在多个行业中得到应用。在众多的计量设备中es，Kleemann 同意大多数形式的光学或非接触式测量最适合自动化。他列举了 VRSI 在交付方面拥有丰富经验的许多此类系统。
他说，激光跟踪器是自动化装配过程的全局尺寸控制的理想选择，尤其是在航空航天应用的大批量典型应用中。激光线三角测量传感器或扫描仪是机器人特征测量和机器人装配过程引导的理想选择。在汽车行业，它们用于面板装载机器人，以优化门和面板的贴合度。在航空航天领域，它们通常用于测量局部特征，例如台阶/间隙、埋头孔和紧固件齐平度。结构光或区域扫描仪一次收集大量数据，并且在表面几何形状至关重要或需要检测表面缺陷的制造质量应用中表现良好。这些包括冲压、铸造和机械加工。最后，激光雷达结合了体积和柔性具有 CMM 自动化的激光跟踪仪的功能。 “激光雷达非常适合对大型部件（例如白车身组件或航空航天结构）进行自动尺寸质量测量，”他说。
Hexagon 的 360°SIMS 兼容据该公司称，常用的工业机器人、PLC、自动化设备和安全设备。Jenoptik（密歇根州罗切斯特山）是将光学原理应用于大规模自动化的公司的一个很好的例子。在提供空气测量和光学的同时，光学方法尤为重要。 “[它] 是当今行业重要的大趋势之一，”业纳美国副总裁安德烈亚斯·布林德 (Andreas Blind) 说。他看到了对更自动化计量的需求，这是由更严格的工程公差和更复杂的情况驱动的，即使在高 vo 中也是如此lume 行业，例如汽车。 “如果测量任务复杂且要求苛刻，自动化通常是正确的解决方案，”Blind 说。但在工作中不仅仅有更严格的容忍度或复杂性。特别是在汽车领域，近年来对产品责任的担忧意味着原始设备制造商需要其供应商做出更多承诺。 Blind 解释说：“全球化也在推动这种承诺，这意味着 [他们需要] 交付的部件具有更高的一致性和统一性。”
光学和触觉
虽然 Jenoptik 提供光学，触觉和空气测量解决方案，每一个都在自动化系统中交付，Blind 强调光学解决方案特别受欢迎的原因在于它们的灵活性。它们更容易为新零件和应用程序重新编程。由于一个简单的原因——不确定性，这种需求变得越来越重要。 “未来的不确定性很容易预测，”他说。体积上升和下降，模型变化
2015 年 10 月发布的最新一代 Opticline 光学轴测量设备是他们适应不确定性的技术的一个很好的例子。这些轴类零件的测量轮廓（认为据该公司称，曲轴或凸轮轴）的最大允许误差或 MPE 值小于 2 µm。新系列采用全新的 0.1 µm 高分辨率相机，用于评估直径达 150 毫米、长度达 900 毫米的轴类零件。测量包括工件轮廓、直径和间距、角度或半径、螺纹、旋转角度以及形状和几何公差，或高精度工件的外轮廓。随着零件号的变化，测量曲线很容易改变。它是为车间制造的，带有密封的光学元件，可以防止灰尘或油雾干扰测量。然而，光学测量并不能解决所有问题。用于检查长度h 和角度测量，Opticline 系列可选接触式探头，增加了灵活性。
New Perceptron AutoScan Collaborative RoboGauge 显示操作（绿色）、警告（琥珀色）和保护（红色）模式。Hexagon Manufacturing Intelligence（北金斯敦，罗德岛）产品经理 Scott Everling 同意光学计量存在局限性。问题在于，用于大表面在线测量的载体和方法不如其他速度较慢、较旧的技术（例如 CMM）准确。这与车间环境条件相结合，限制了可以达到的精度规格。 “虽然它可以很好地测量孔的边界，但进入孔并测量角度或侧面通常是一个太大的挑战，”;他说。有时很容易测量钻孔的一侧，但测量另一侧则不然。尽管如此，他看到了对光学方法的持续兴趣和推动，因为需要更快地测量和捕获覆盖整个表面的数据集，而不仅仅是单个数据点。
Hexagon 提供的一种解决方案用于更大范围内的区域数据采集零件正在将 Leica T-Scan 5 连接到机器人的末端，并通过带有 AT960 的反射器对其进行跟踪。另一个是使用机器人或固定自动化来自动化他们的 Cognitens 结构光解决方案。事实上，他指出，由于他们提供的系统的每次安装和集成在某种程度上都是一个自动化系统，因此 Hexagon 在几年前开发了一个更标准的产品。 360° 智能在线测量解决方案或 360° SIMS 是一个可定制的系统，基于标准基础构建，用于检查车身组件、封闭件、托架、钣金件和成品车。 “所有这些在一个基因中都很重要一种正在远离带有硬量具的老式检查装置的趋势，”Everling 说。激光扫描仪、结构光系统，甚至近距离摄影测量都提供了更大的数据集，比接触式探头所能提供的更多，而且比硬测量的通过/不通过决策有用得多。 “促使人们采用我们技术的原因是需要仔细观察表面，例如屋顶凹痕，”他说。
数据收集和解释
虽然这些大数据集变得越来越可用，今天评估它们和理解如何指导决策并不总是那么容易。他说：“在接下来的几年里，你将看到工程师们不仅要学习如何捕获这些数据，还要学习如何利用这些数据进行虚拟测量。”
他还强调还有更多的事情要做使用计量而不是自动化。计量学也可以实现精确的机器人自动化，尤其是精密材料处理。如前所述如上所述，Leica Absolute AT960 等激光跟踪仪是机器人引导的理想选择，尤其是航空航天中典型的大型零件和距离。 “视觉引导系统使机器人能够精确地将挡风玻璃或车门放置在白车身中，然后测量间隙和齐平以确保质量，”Everling 解释说。
其他人指出，有许多自动化正在发展计量学的原因。 “质量控制应用普遍缺乏合格的工程师或技术人员，”Creaform（魁北克莱维斯）的产品经理 Jerome-Alexandre Lavoie 解释说，Creaform 是 Ametek 超精密技术 (UPT) 部门的一个品牌。与此同时，他观察到一些行业正试图将计量学从实验室转移到直接嵌入到制造过程中。 “最后的变化可能会对测量质量产生直接影响，因为构建产品的人最终可能会对其进行测量。有两个o 这些挑战的解决方案：简单性和自动化，”他说。 “[行业] 正在寻求为其员工购买准确但简单的解决方案，这些解决方案将消除操作员的操作技能，并且可以在短期学习计划后操作。”
2013 年， Creaform 推出了两款专为工业机器人自动化而设计的扫描仪，即 MetraSCAN 70-R 和 MetraSCAN 210-R。 “当我们发布这些产品时，对质量控制自动化的需求对我们来说才刚刚开始，”他说。 “从那时起，在朝着 100% 检查迈进的同时缩短周期时间，促使行业需要更多的自动化计量，尤其是在汽车行业。”它变得如此重要，以至于该公司与合作伙伴 AGT 合作开发了自己的交钥匙扫描解决方案，并于 2015 年 5 月发布。
自动化作为一条产品线
自动化对于制造商 GOM，ATOS s 的生产商结构光系统，它创建了一个全面的 Scanbox 检测单元系列。它们将机芯及其 ATOS 传感器组合在受保护的外壳中。它们的范围从用于单个零件的小型 4105 到用于整个白车身或航空航天零件的导轨上的双机器人单元。 GOM 设备的北美经销商 Capture 3D（密歇根州法明顿希尔斯）的销售工程师 Marc Demarest 说：“自动化计量对我们的客户来说非常重要，因为它可以让他们以更高的重复性和吞吐量更快地检查零件。” “最好的应用是在需要检测 100% 的零件或需要对生产的零件进行抽样检测的环境中。”
他说，像 ATOS 这样的结构光系统特别适用于自动化，因为它们从单一观察角度测量大块数据。它们还实现了独立于运动控制设备的精度”s 准确性和可重复性。该设备还需要耐用，这也使结构光系统成为理想选择。 “当计量设备与机器人集成时，它必须能够承受 [机器人的高] 速度和加速度/减速度，”他解释说。
警告新 Perceptron RoboGauge 单元中的区域和保护区域配置。他见证了自动化计量作为一个市场的发展。虽然他们的自动化 ATOS 系统用于许多不同的行业，但迄今为止最大的两个行业是汽车和航空航天。在汽车行业，许多此类系统用于检查钣金零件和组件，而在航空航天领域，最常见的检查是涡轮发动机翼型。 “在每个行业中，我们都看到了巨大的增长，”他说。 “2011 年，我们 28% 的业务用于自动化解决方案，2015 年这一比例增长到 60%。”
光学计量学总体情况如何？ “非接触式系统将继续占据越来越多的市场份额，因为它们能够提供比触觉系统更完整的零件信息，”他说，随之而来的是自动化程度更高的安装。 “这将降低自动化解决方案的进入成本，”他说。
ShapeGrabber（渥太华）首席执行官 Pierre Aubrey 同意，像他公司的 ShapeGrabber 3D 激光扫描仪这样的光学系统是自动化的理想选择。 “它们减少了操作员了解零件或计量的详细信息的需要。通过 3D 扫描，您可以捕获所有数据，而不仅仅是重要的计量信息，”他解释道。由于在数据采集阶段需要的知识较少，因此更容易实现自动化。
ShapeGrabber Ai 系列自动化激光扫描仪在高精度和结果的可重复性对工作至关重要的情况下，anners 是理想的选择。 ShapeGrabber 扫描仪经过专门设计，无需特殊夹具或零件的物理配准。操作员只需将零件放在机柜中，然后让它在一系列扫描中以数字方式捕捉零件的详细形状。对准、配准和测量在软件中自动处理。 Aubrey 指出，虽然一些 ShapeGrabber 系统可以自动进给，但大多数用于质量房间，因为它们获得测量数据的速度比 CMM 快。在近线应用中也有一些安装。他说：“ShapeGrabber 仍然需要相当好的温度和振动控制。”
Aubrey 指出，他们的系统报告的基线精度在 15 至 30 微米范围内。他还指出，新的 3D 激光扫描头将具有该公司迄今为止生产的最佳精度和分辨率。 “这个将为我们开辟新的应用，我们的扫描仪可以在其中测量具有更复杂细节的更小零件，”他说。 “它的分辨率将低于 2 µm。”
工艺和调整
激光扫描仪的理想应用是具有复杂表面的零件，例如注塑塑料、冲压件或铸件例如涡轮叶片。奥布里指出，膝关节和髋关节置换等骨科植入物业务不断增长。 “该领域的挑战是让制造商改变他们的测量过程，”他说。他们的 QC 方法已经开发了很长一段时间，假设测量将使用较旧的，通常是 2D 技术进行。在高度监管的医疗行业中，变革本身就是一个挑战。
ShapeGrabber Ai 系列 3D 扫描仪包括用于检查较小部件的 Ai310 和用于检查最大 1250 × 800 × 700 毫米的较大部件的 Ai810（未显示）。机器人领域的一个重要趋势是与人类工人的安全协作，Perceptron（密歇根州普利茅斯）正在通过其 AutoScan Collaborative RoboGauge 适应这一趋势。 “计量学在装配和制造中的作用越来越大，”Perceptron 全球营销副总裁 Keith Mills 说。他认为，出于多种原因，人们正在寻求自动化计量过程。 “它离制造业太远了，反馈回路太长了，”他说。 “随着计量成为装配过程中不可或缺的一部分，装配过程正变得基于该数据进行自适应控制。”
RoboGauge 提供自适应解决方案，通过结合一个其带有 FANUC ro 的 Helix 扫描仪机器人，与协作机器人安全解决方案集成。 RoboGauge 的重要一点是它消除了对安全外壳的需求——这正是协作机器人的全部意义所在。 RoboGauge 周边使用激光扫描仪进行监控，激光扫描仪使用发射的红外激光的漫反射来创建二维可编程检测安全区域。 RoboGauge Cell 包括一个刚性机器底座，用于固定机器人和零件夹具，带有半透明侧面板，可发光以提供视觉颜色状态指示。它处理和测量各种零件，包括钣金件、制造件、模制件和铸件，并可用于比较或绝对检查模式。 Helix 3D 激光扫描仪包含一个 MEMS 传感器。这意味着激光线的数量、密度、长度和方向是可编程的，机器人无需物理移动 Helix 传感器。
“这种[经济实惠的]解决方案意味着更小的成本我们可以关注在线或近线测量机器人计量自动化，”Mills 说。尽管称为量具，Mills 强调测量是一种绝对检查，根据零件的 CAD 描述进行编程。
本文首次发表于 2016 年 3 月版的《制造工程》杂志。阅读 PDF 格式的“光学计量学和自动化——天作之合”。
