Mejora del escaneo 3D

La tecnología ARIS dice que está mejorando el escaneo 3D

Si bien muchos fabricantes de piezas de automóviles ya han adoptado el escaneo 3D, los casos de uso en control de calidad (QC) han sido limitados. Esto se debe principalmente a las siguientes limitaciones:

1. El escaneo 3D ha sido manual.

2. Los "llamados" sistemas de escaneo 3D automatizados existentes tienden a ser improductivos.

3. El escaneo 3D intentó ser una solución todo en uno, mientras que todavía hay razones para usar dispositivos de contacto (CMM) para ciertos tipos de medición.

Superación del escaneo 3D manual

Por lo general, cuando un fabricante compra un escáner 3D independiente, debe continuar con las compras complementarias de software de procesamiento de imágenes 3D como Geomagic o Polyworks, una plataforma giratoria de dos ejes, un trípode de escáner 3D u otros. Después de tales compras, un trabajador tenía que ser capacitado en:

–Cómo operar un escáner 3D (por ejemplo, encender/apagar, cambiar la configuración, etc.).

–Cómo tomar los escaneos correctos desde los ángulos y distancias correctos para escanear una parte específica.

–Cómo tener en cuenta las características de la superficie de un objeto (por ejemplo, establecer la exposición correcta en función de la reflectividad de la superficie).

–Cómo combinar varios escaneos en un archivo y procesar los datos escaneados.

–Cómo realizar técnicas de procesamiento de imágenes para completar la comparación de datos escaneados con CAD.

–Otros procedimientos, como la calibración del escáner, el control del dispositivo, etc.

Esto significaba que siempre habría una nueva curva de aprendizaje para la mano de obra capacitada para un nuevo proyecto. Primero, para la inspección de una nueva pieza, el trabajador debe aprender a escanear esa pieza específica. En segundo lugar, si la empresa está reproduciendo un modelo anterior, el trabajador debe volver a visitar el proyecto anterior para recordarlo o volver a aprender a escanear la pieza desde cero. Aunque ha habido mejoras incrementales en el software listo para usar para aumentar la productividad de los trabajadores, todavía no existe una solución que elimine fundamentalmente esta curva de aprendizaje pronunciada.

El sistema ARIS colaborativo, respaldado por la experiencia de usuario (UX) simple del software ARIS, permite una fácil configuración de una pieza nueva.

¿Por qué son mejores los sistemas ARIS?

Muchas empresas han introducido soluciones para mejorar la intensidad de trabajo del escaneo 3D mediante la automatización robótica. Sin embargo, las soluciones actualmente disponibles tienen las siguientes limitaciones:

–La mayoría de las soluciones existentes son proporcionadas por hardware de escáner 3D OEM, lo que lo limita a una marca o tipo específico de escáner 3D. Como ejemplo, existe una popular solución de automatización de escaneo 3D, que es desarrollada y promovida por un fabricante de escáneres 3D. Los escáneres 3D utilizados en esta solución (1) son de luz azul estructurada, lo que no es bueno para superficies más brillantes que obligan a los usuarios a rociar la pieza; (2) tienen un largo distanciamiento entre los ojos que limita su capacidad para escanear agujeros más estrechos; y (3) muchas veces requieren poner marcadores en la parte que, irónicamente, hace que la automatización sea muy manual.

–La mayoría de las soluciones existentes no están diseñadas para ser flexibles. En otras palabras, el sistema puede volverse obsoleto tan pronto como el usuario tenga que readaptar el sistema para una nueva línea de producción. Cuando un fabricante decide reutilizar el sistema de escaneo 3D automatizado para una aplicación diferente, es posible que deba cambiar el escáner 3D, el robot o el software de procesamiento de imágenes. Tal intercambio generalmente requiere una integración, reentrenamiento y recalibración de sistemas totalmente nuevos.

–ARIS resuelve estas limitaciones utilizando sus productos de software propietario.

–Plataforma de integración modular:ARIS recomienda sensores y robots óptimos probados en el mercado y luego realiza la integración e implementación.

–Software de automatización (ejecutar):ARIS proporciona software para trabajadores mínimamente capacitados para ejecutar la inspección programada de manera repetitiva.

–Software de configuración:ARIS proporciona software que permite una fácil configuración de nuevos programas y análisis posteriores al escaneo a medida que evolucionan las necesidades de los fabricantes.

¿Cómo pueden los sistemas ARIS complementar las CMM?

El escaneo 3D puede recopilar millones de datos de medición en segundos y, por lo tanto, tiene una alta resolución y un tiempo de ciclo rápido. Sin embargo, no funciona tan bien como las MMC en la medición de superficies transparentes/translúcidas, brillantes o detalles internos. Por esta razón, incluso para medir todas las anotaciones requeridas (puntos de interés) para una pieza específica, puede ser más conveniente usar CMM y escaneo 3D.

Reconociendo esto, los OEM de CMM han montado escáneres 3D en el brazo de CMM, aunque este es un proceso muy lento e improductivo. Por otro lado, pasar por la complejidad de tener un robot industrial en un laboratorio de inspección no parece tan óptimo.

La forma en que ARIS supera este problema es mediante la integración de robots colaborativos con un rápido escaneo láser multilínea. Dicho sistema tiene una precisión ligeramente inferior en comparación con los sistemas ARIS con escáneres de área 3D (por ejemplo, luz azul estructurada), mientras que maximiza la velocidad y la productividad, y también supera a otros tipos de escaneo 3D para superficies reflectantes.

Además, puede escanear piezas más grandes con mucha más eficacia sin perder precisión, ya que puede usar mecanismos de seguimiento externos para unir imágenes en vivo mientras el robot está en movimiento (capturando los datos).

Finalmente, mediante el uso de robots colaborativos, este sistema se puede implementar en áreas con procesos humanos existentes y, por lo tanto, se puede configurar justo al lado de una CMM para complementar las mediciones de CMM en tiempo real.

Estudio de caso de la vida real para el sistema de precisión

Se genera un informe de inspección completo para una pieza fundida a presión mediante un sistema ARIS de referencia, con una serie de anotaciones necesarias para garantizar la calidad. Luego, se realiza un estudio Gage R&R en las mediciones, donde se prueba la precisión (repetibilidad y reproducibilidad) y se compara con los estándares de la industria bien aceptados.

Esta prueba de precisión busca informar si los sistemas de escaneo 3D automatizados se pueden implementar en producción, en lugar de solo en el laboratorio, tanto para FAI (Inspección del primer artículo) como para la inspección en producción, lo que genera ahorros de costos significativos.

La elección de los escáneres 3D suele ser más importante que la del brazo robótico, ya que las diferentes tolerancias, los acabados superficiales y los tamaños de las piezas pueden requerir diferentes dispositivos de precisión óptica y/o campo de visión. Por lo general, los dispositivos de campo de visión más grandes y precisos son más caros; y es debido a este factor de precio que la capacidad de conectar y usar varios tipos de escáneres 3D que ofrece el software de integración ARIS es importante para lograr la precisión requerida y el tiempo de ciclo dentro del presupuesto asignado. Como ejemplo, hay escáneres 3D que tienen una precisión de ±2,5 μm, pero costarían fácilmente más de 100 000 USD.

Una vez que el escáner y el robot están colocados y cableados, se realiza una configuración inicial para calibrar las posiciones relativas del escáner 3D y el robot. Esto es manejado por el software de automatización ARIS, en el que el operador, con solo un clic, puede realizar la calibración necesaria automáticamente. En algunos casos, el escáner 3D también debe calibrarse con una frecuencia diaria (especialmente con cambios de temperatura) y esto nuevamente se maneja automáticamente a través del software de automatización de ARIS con una intervención humana mínima. Para el sistema de referencia utilizado, el proceso de calibración inicial tomó menos de 15 minutos de tiempo del operador manual.

El resultado muestra que incluso en un entorno de producción, con una inversión mínima, la solución es capaz de proporcionar una precisión similar a la de las MMC. Mostró una precisión ligeramente peor en comparación con las MMC de laboratorio, pero demostró ser superior a las portátiles. Especialmente dado que muchas CMM de alta precisión en el laboratorio requieren controles como un piso de concreto y una sala con control de temperatura/vibración, los escáneres 3D son menos susceptibles a tales externalidades y se manifiestan en la flexibilidad y eficiencia que una solución de control de calidad de escaneo 3D robótico automatizado puede ofrecer.

El sistema ARIS puede funcionar con la infraestructura existente de los fabricantes de automóviles y proporcionar un sólido retorno de la inversión (ROI). Dicho retorno de la inversión se puede generar sin tener que reemplazar los procesos CMM existentes mediante la utilización de sistemas colaborativos ARIS.

Editado por el editor del anuario, Bill Koenig, a partir de información proporcionada por ARIS Technology.