Aprimorando a precisão do escaneamento 3D para controle de qualidade automotivo

ARIS Technology diz que está melhorando o Escaneamento 3D

Embora o escaneamento 3D já tenha sido adotado por muitos fabricantes de peças automotivas, os casos de uso em Controle de Qualidade (CQ) têm sido limitados. Isso é principalmente devido às seguintes limitações:

1. O escaneamento 3D tem sido manual.
2. Sistemas "supostamente" automatizados de escaneamento 3D tendem a ser improdutivos.
3. O escaneamento 3D tentou ser uma solução tudo-em-um, enquanto ainda há razões para usar dispositivos de contato (CMMs) para certos tipos de medição.

Superando o Escaneamento 3D Manual

Tipicamente, quando um fabricante compra um scanner 3D autônomo, ele deve seguir com compras adicionais de software de processamento de imagem 3D como Geomagic ou Polyworks, mesa giratória de dois eixos, tripé para scanner 3D, ou outros. Após tais compras, um trabalhador tinha que ser treinado em:

• Como operar um scanner 3D (ex: ligar/desligar, alterar configurações, etc.).
• Como fazer as digitalizações certas dos ângulos e distâncias certos para uma peça específica a ser digitalizada.
• Como contabilizar as características de superfície de um objeto (ex: definir a exposição correta baseada na refletividade da superfície).
• Como combinar múltiplas digitalizações em um arquivo e processar os dados digitalizados.
• Como executar técnicas de processamento de imagem para completar a comparação digitalizado-para-CAD.
• Outros como-fazer como calibração do scanner, mestragem do dispositivo de fixação, etc.

Isso significava que sempre haveria uma nova curva de aprendizado para mão de obra treinada para um novo projeto. Primeiro, para uma nova inspeção de peça, o trabalhador deve aprender como digitalizar aquela peça específica. Segundo, se a empresa está reproduzindo um modelo antigo, o trabalhador deve ou revisitar o projeto antigo para se lembrar ou reaprender como digitalizar a peça do zero. Mesmo que tenha havido melhorias incrementais no software off-the-shelf para aumentar a produtividade do trabalhador, ainda não há solução que remova fundamentalmente esta curva de aprendizado íngreme.

Sistema colaborativo ARIS, suportado pela experiência de usuário (UX) simples do software ARIS, capacita uma configuração fácil de uma nova peça.

Por que Sistemas ARIS São Melhores?

Muitas empresas introduziram soluções para melhorar a intensidade de mão de obra do escaneamento 3D utilizando automação robótica. No entanto, soluções disponíveis atualmente têm as seguintes limitações:

• A maioria das soluções existentes é fornecida por hardware de scanner 3D OEM, prendendo você a uma marca ou tipo específico de scanner 3D. Como exemplo, há uma popular solução de automação de escaneamento 3D, desenvolvida e promovida por um fabricante de scanner 3D. Os scanners 3D usados nesta solução (1) são luz azul estruturada, o que não é ótimo para superfícies mais brilhantes forçando usuários a pulverizar a peça; (2) têm longo afastamento entre os olhos limitando sua capacidade de digitalizar furos mais estreitos; e (3) muitas vezes exigem colocar marcadores na peça, o que ironicamente torna a automação muito manual.
• A maioria das soluções existentes não é construída para ser flexível. Em outras palavras, o sistema pode se tornar obsoleto assim que o usuário tiver que reaproveitar o sistema para uma nova linha de produção. Quando um fabricante decide reaproveitar o sistema automatizado de escaneamento 3D para uma aplicação diferente, pode exigir a troca do scanner 3D, robô e/ou software de processamento de imagem. Tal troca tipicamente requer uma integração de sistemas totalmente nova, retreinamento e recalibração.
• A ARIS resolve estas limitações, utilizando seus produtos de software proprietários.
• Plataforma de integração modular: A ARIS recomenda quaisquer sensores e robôs comprovados pelo mercado e então realiza integração e implementação.
• Software de Automação (Run): A ARIS fornece software para trabalhadores minimamente treinados executarem inspeção programada repetidamente.
• Software de Configuração (Setup): A ARIS fornece software que permite configuração fácil de novos programas e análises pós-digitalização conforme as necessidades dos fabricantes evoluem.

Como Sistemas ARIS Podem Complementar CMMs?

O escaneamento 3D pode coletar milhões de dados de medição em segundos e assim tem alta resolução e tempo de ciclo rápido. No entanto, não funciona tão bem quanto CMMs na medição de superfícies transparentes/translúcidas, brilhantes ou detalhes internos. Por esta razão, mesmo para medir todas as anotações requeridas (pontos de interesse) para uma peça específica, pode ser mais desejável usar tanto CMM quanto escaneamento 3D.

Reconhecendo isso, OEMs de CMM montaram scanners 3D no braço da CMM, embora este seja um processo muito lento e improdutivo. Por outro lado, passar pela complexidade de ter um robô industrial em um laboratório de inspeção não parece tão ideal.

Como a ARIS supera esta questão é integrando robôs colaborativos com escaneamento a laser multi-linha rápido. Tal sistema tem precisão ligeiramente menor comparado a sistemas ARIS com scanners de área 3D (ex: luz azul estruturada), enquanto maximiza velocidade e produtividade, e também supera outros tipos de escaneamento 3D para superfícies reflexivas.

Além disso, pode digitalizar peças maiores significativamente de forma mais eficaz sem perder precisão, pois você pode usar mecanismos de rastreamento externo para costurar imagens ao vivo enquanto o robô está em movimento (capturando os dados).

Finalmente, ao usar robôs colaborativos, este sistema pode ser implantado em áreas com processos humanos existentes e portanto, pode ser configurado bem ao lado de uma CMM complementando medições de CMM em tempo real.

Estudo de Caso Real para o Sistema de Precisão

Um relatório de inspeção completo é gerado para uma peça fundida sob pressão usando um sistema ARIS de referência, com uma gama de anotações necessárias para garantir qualidade. Então, um estudo Gage R&R é realizado nas medições, onde a precisão (repetibilidade e reprodutibilidade) é testada e comparada contra padrões da indústria bem aceitos.

Este teste de precisão busca informar se sistemas automatizados de escaneamento 3D podem ser implantados em produção, em vez de apenas no laboratório, para tanto FAI (First-Article Inspection) quanto inspeção em produção, levando a economias significativas de custo.

A escolha de scanners 3D é geralmente mais importante que a do braço robótico, pois tolerâncias variadas, acabamentos de superfície e tamanhos de peças podem exigir diferentes dispositivos de precisão óptica e/ou campo de visão. Geralmente, dispositivos de maior precisão e maior campo de visão são mais caros; e é devido a este fator de preço que a capacidade de plug-and-play de vários tipos de scanner 3D oferecida pelo software de integração ARIS é importante para atingir uma precisão e tempo de ciclo requeridos sob o orçamento alocado. Como exemplo, existem scanners 3D precisos no nível de ±2,5 µm, mas estes facilmente custariam mais de US$ 100.000.

Uma vez que o scanner e o robô são posicionados e conectados, uma configuração inicial de calibração das posições relativas do scanner 3D e do robô é realizada. Isso é tratado pelo software de automação ARIS, no qual o operador, com apenas um clique, pode realizar a calibração necessária automaticamente. Em alguns casos, o scanner 3D também precisa ser calibrado tão frequentemente quanto diariamente (especialmente com mudanças de temperatura) e isso novamente é tratado automaticamente através do software de automação da ARIS com mínima intervenção humana. Para o sistema de referência usado, o processo de calibração inicial levou menos de 15 minutos de tempo manual do operador.

O resultado mostra que mesmo em um ambiente em produção, com investimento mínimo, a solução é capaz de fornecer precisão similar a CMMs. Mostrou precisão ligeiramente pior comparada a CMMs de laboratório, mas provou ser superior a portáteis. Especialmente desde que muitas CMMs de laboratório de alta precisão requerem controles como piso de concreto e sala com controle de temperatura/vibração, scanners 3D sendo menos suscetíveis a tais externalidades manifesta na flexibilidade e eficiência que uma solução de controle de qualidade com escaneamento 3D robótico automatizado pode oferecer.

O sistema ARIS pode trabalhar com a infraestrutura existente de fabricantes automotivos, e fornecer um forte retorno sobre investimento (ROI). Tal ROI pode ser obtido sem ter que substituir processos CMM existentes utilizando sistemas ARIS colaborativos.

Editado pelo Editor do Yearbook Bill Koenig a partir de informações fornecidas pela ARIS Technology.