Мобильные Координатные Измерительные Машины Типа "рука"

Изобретателем мобильных измерительных систем принято считать Леонардо да Винчи, на эскизах которого, хранящихся в Лувре, можно видеть раздвижные мачты «мерила», установленного на телеге, в которую запряжена четверка лошадей. Двое рабов вращают ворот механизма наведения, рядом с повозкой стоит счетовод, вычисляющий координаты крайней точки верхней мачты. Разумеется, ни о каком практическом использовании этого устройства в то время не могло быть и речи: более простые средства измерения обеспечивали на порядки большую точность.
Второе рождение мобильных измерительных систем произошло в конце 20 века, когда уровень технологий позволил начать производство достаточно точных координатных машин с достаточно низкой себестоимостью. Сегодня по точности лучшие мобильные измерительные системы приближаются к стационарным, имея при этом почти на порядок меньшую стоимость.

Различают следующие типы мобильных измерительных систем:

Машина типа "Рука" : состоит из основания, которое может быть закреплено на любой ровной поверхности или базироваться на переносной треноге, и нескольких шарнирно-сочлененных колен. В каждом шарнире размещены датчики угловых перемещений, которые посылают в компьютер информацию о взаимном расположении колен. Программное обеспечение в режиме реального времени рассчитывает координаты измерительного щупа, которым оканчивается рука. Рабочей зоной КИМ является сфера с диаметрами от 1.2 до 3.7м (в зависимости от длины руки), причем щуп может легко попасть практически в любую точку внутри этой сферы. Рука не имеет привода, перемещение измерительного щупа и фиксация точки замера производятся оператором вручную.
Обычно в самом начале работы с помощью программного обеспечения и самой руки назначается система координат путем обмера базовых элементов изделия, далее производится сам обмер. Можно производить измерения как линейных и угловых размеров базовых геометрических элементов, так и сравнение с 3D-моделью, выполненной в любой CAD-системе. Отклонения фактических размеров измеряемого объекта от номинала отражаются не только в числовой форме, но и - для наглядности - цветом на поверхности модели.

Лазерный трекер: имеет рабочую зону до 70 м. Принцип работы заключается в отражении лазерного луча от небольшого призменного отражателя, помещенного вовнутрь сферы. Трекер измеряет расстояние до отражателя, угол азимута и высоты, и с помощью программного обеспечения в режиме реального времени определяет координаты отражателя в пространстве относительно предварительно заданной системы координат.
Перед началом работы лазерный трекер устанавливается вблизи измеряемого объекта (например, на треноге), - причем установку можно производить на высоте до 15 м от поверхности земли. Отражатель устанавливается на приборе для захвата луча лазера, затем перемещается оператором на измеряемый объект. При этом лазерный трекер автоматически следит за целью, а оператор при необходимости производит фиксацию текущих координат измеряемого объекта с помощью пульта дистанционного управления.

В случае возникновения необходимости измерения рукой или трекером объектов, габариты которых превышают размеры рабочей зоны прибора применяется прием «прыжок» (англ. «leapfrog»). Первоначально машина привязывается к одной части измеряемого изделия. Для того, чтобы передвинуть КИМ и продолжить измерение в ранее недоступной зоне, замеряются и сохраняются несколько точек (от 3 и более). Далее, после "прыжка", машина привязывается к этим точкам, тем самым совмещая систему координат с предыдущей, и измерения продолжаются. Таких прыжков может быть произведено неограниченное количество, причем по всем координатам. Благодаря этому возможно проникать в самые труднодоступные места и производить измерения такой сложности, которые осуществить другими методами либо крайне трудоемко, либо невозможно.

Рука и трекер могут работать совместно в качестве одного прибора, что часто требуется при измерении крупных объектов сложной формы. Рука в этом случае может многократно переставляться для обеспечения доступа к элементам, находящимся вне поля зрения лазера, а трекер используется для контроля положения руки и приведения измеренных данных к одной системе координат. По такой технологии, например, производится контроль сборки самолетов на крупнейших авиастроительных концернах Boing и Airbus Industry.

Лазерный сканер - портативная система для бесконтактного сбора 3D-координат внешних объектов. Готова сканера вращается и фиксирует все, что оказывается в ее поле зрения. Скорость сканирования - 120000 точек в секунду, дальность действия - до 76 м. Полученные облака точек затем могут использованы для измерений, распознавания образов и т.д.

Каждый тип мобильных измерительных систем рассчитан на решение определенного круга задач.

• Лазерные сканеры применяются там, где требуется создание высокореалистичных 3D-моделей производственных помещений, шахт, трубопроводов, в криминалистике для фиксации расположения предметов на месте преступления, в архитектуре для оцифровки памятников, и т.д.
• Лазерные трекеры применяются там, где есть необходимость измерения и сравнения с CAD-моделью массивных и крупногабаритных объектов: в тяжелом машиностроении, авиа - и судостроении.
• Наиболее широкий спектр применения имеют мобильные измерительные системы типа «рука». Они применяются в самых разных отраслях промышленности, где есть необходимость быстрого и всестороннего контроля деталей, оснастки, заготовок, получения прототипов будущих изделий.

Рассмотрим наиболее совершенную на сегодняшний день мобильную КИМ типа «рука» Quantum FaroArm.

Первое, что обращает на себя внимание в этой системе - высокое отношение точности к размеру рабочей зоны: повторяемость точки - до +/-16 микрон! (для 6-осевой руки с рабочей зоной 1,8 м; для справки: точность руки линейно зависит от ее длины: чем длиннее рука, тем ниже ее точность.) Система имеет активную температурную компенсацию: в каждом колене руки расположено по два температурных сенсора, по информации от которых в измеренные координаты вносятся поправки, учитывающие изменение длины колен в зависимости от температуры.
Рука может работать от встроенного аккумулятора и передавать данные по интерфейсу Bluetooth. Никакие провода не мешаются при работе под ногами.
Система автоматически отключает критические компоненты для снижения энергопотребления и увеличения срока службы.

Особого упоминания заслуживают щупы. Рука Quantum FaroArm может использоваться с «интеллектуальными» щупами i-Probe, в каждом из которых содержится термодатчик и электроника, хранящая действительное значение диаметра каждого конкретного щупа с точностью до шестого знака после запятой.

Второй вариант - использование в качестве стандартных измерительных щупов Renishaw ТР20.

Измерительный щуп Renishaw с датчиком касания представляет собой компактный щуп со сменными модулями, позволяющий использовать широкий диапазон стилусов и расширений для обеспечения доступа к элементам сложных деталей.

Щуп ТР20 с датчиком касания позволяет пользователям руки легко измерять объекты из мягких и гибких материалов. Запатентованная технология «излома» немедленно считывает данные, практически полностью устраняя деформации детали, возникающие при использовании твердотельного щупа.

Быстрая замена стилуса ТР20 без перекалибровки щупа может экономит значительное количество времени. Замена стилуса отнимает секунды.
Отделяемые модули щупа ТР20 защищают щуп от бокового удара.
ТР20 обеспечивает отличный обзор вокруг наконечника стилуса, облегчая измерение сложных деталей. Сочетание с выдающимися метрологическими характеристиками датчика касания обеспечивает широчайшие возможности измерительной системы. 

Кроме того, специально для FARO компания Renishaw разработала контактные щупы FARO SENSOR, преодолевающие ограничения традиционных твердотельных щупов. FARO SENSOR - чувствительный к касанию твердый щуп, воплощающий последние достижения технологии изготовления датчиков касания.
Инновационная технология FARO SENSOR гарантирует считывание результата измерения только в тот момент, когда наконечник щупа касается детали. Тем самым устраняется необходимость выбраковки ошибочных данных, собранных в моменты отсутствия контакта щупа и измеряемой детали.


FARO SENSOR значительно повышает точность и воспроизводимость измерений, минимизируя зависимость результата работы от опыта оператора.

Щуп FARO SENSOR может использоваться с различными наконечниками, обеспечивающими доступ к сложным и труднодоступным элементам.

 На руке может быть закреплен сканирующий модуль "Laser Line Probe", превращающий ее в универсальный инструмент для инспекции деталей, создания прототипов, обратного инжиниринга, 3D-моделлинга и сравнения облака точек с CAD-моделью. Скорость сканирования - до 19200 точек в секунду. Система совместима с программным обеспечением Geomagic, Polyworks, Rapidform и многими другими продуктами сторонних производителей.

Специалисты Метрологического Центра "Мастер-Сервис"

www.metrologi.ru