Grande, Audacioso, Rápido: Metrologia Óptica Avançada para Indústrias de Grande Escala

Escrito por Cliff Bliss, Gerente de Operações Comerciais de Sensor Óptico 3D na Hexagon Manufacturing Intelligence

Entre no mundo da metrologia óptica e uma coisa é clara. Este setor de negócios vibrante continua a inovar novos designs de máquinas de medição por coordenadas portáteis (PCMMs) para inspeção de componentes e fixações grandes. Fabricantes de grande escala ainda estão em busca de métodos ópticos atualizados para abordar medição 3D in situ sobre grandes áreas de superfície encontradas em aeroespacial, construção naval, automotivo e outras indústrias. A necessidade de analisar cuidadosamente superfícies em detalhes está impulsionando a tendência para melhores ferramentas de medição óptica que fornecem conjuntos de dados maiores, em oposição aos antigos dispositivos de verificação com gagem dura.

Novos sistemas de fotogrametria óptica baseados em câmera estão introduzindo novos designs que são grandes partidas de versões mais antigas dos conjuntos de ferramentas ópticas tradicionais. Como esses sistemas são usados em ambientes industriais severos ou em configurações remotas ao ar livre, engenheiros colocam um foco especial de design na robustez e resistência destes sistemas ao impacto de estresse mecânico como vibrações ou choque. Durante a fase de pesquisa e desenvolvimento, testes prolongados são usados para verificar precisão do sistema sobre um volume de medição inteiro. Sistemas mais novos incorporam duas câmeras de alto desempenho dentro de uma carcaça robusta, permitindo inspeção, rastreamento e posicionamento mesmo em ambientes de produção difíceis com poeira e vibrações.

Novos Designs, Retornos Rápidos

Sistemas ópticos modernos baseados em fotogrametria vêm em muitas configurações diferentes. Um design mais novo conterá duas câmeras digitais de alta resolução, 8 megapixels, em um feixe de câmera fechado. Estas câmeras digitais integradas são capazes de capturar rapidamente qualquer tipo de alvo colocado no componente a ser medido ou em um dispositivo de sondagem manual. As imagens geradas são processadas automaticamente e dados de coordenadas 3D são calculados em tempo real. Problemas como vibração, ruído e mudanças de posição que atormentaram metrologistas por anos não são mais problemáticos. Existem sistemas ópticos no mercado que oferecem uma nova tecnologia chamada referenciamento dinâmico, que permite que o sistema detecte e compense automaticamente estas perturbações ambientais por rastreamento óptico. Esta funcionalidade garante estabilidade constante do processo, mesmo se o sistema for movido durante uma sessão de medição.

Mais Avanços

A agulha da tecnologia também avançou em termos de precisão. Existem sistemas de medição óptica no mercado agora que podem medir objetos até cinco metros em volume com uma faixa de precisão de 40 a 80 mícrons. Uma nova capacidade para soluções baseadas em câmera é a capacidade de capturar simultaneamente múltiplos pontos, e expandir seu uso para testes de carga e fadiga em configurações de laboratório, bem como outras aplicações estáticas e dinâmicas. Combine estes avanços com referenciamento dinâmico, e o usuário agora tem um conjunto de ferramentas que pode detectar condições geométricas com precisão, e ser usado em um ambiente industrial de alta atividade com tempo de inatividade mínimo ou nenhum.

Fazendo Trabalho Rápido

Qualquer técnico que já tentou alinhar um componente rápida e precisamente pode apreciar a complexidade da tarefa. Um bom exemplo é posicionar uma porta de carro em um painel lateral. Este não é um trabalho fácil, mas um empreendimento que fabricantes de carros lutam todo dia no processo de prototipagem. Cada vez que um parafuso é ajustado em um lado da porta, e então verificado no outro lado, ela empenada. Este exercício pode ser um processo longo e tedioso, normalmente levando até 30 minutos para alinhar uma porta baseada em seus dados CAD e ajuste. Este cenário também presume que ninguém toque em nada durante o procedimento.

Assim entra o sistema de rastreamento óptico baseado em câmera. Estas soluções de fotogrametria são intrinsecamente fáceis de configurar, da mesma forma que um fotógrafo configura seu equipamento para uma sessão de fotos. Um único operador monta uma barra de câmera em um tripé e está pronto para ir. Rolos também podem ser anexados ao tripé para movimento mais fácil pelo chão de fábrica. O sistema de fotogrametria é colocado na melhor posição para medição de linha de visão, e o sensor é orientado para o objeto a ser medido. Todo o processo de configuração é completado em minutos. Novos sistemas incorporam sensores que são controlados por temperatura, significando que o sensor pode regular sua própria estabilidade térmica.

Agora de volta à tarefa de posicionar a porta do carro no painel lateral usando uma técnica óptica. Primeiro, um operador sinalizaria a porta com alguns alvos simples. Em seguida, características críticas da porta seriam capturadas usando uma sonda manual para o procedimento de pré-alinhamento. O mesmo processo seria aplicado ao painel lateral. Ambos os componentes agora estão capturados em seus respectivos sistemas de coordenadas.

A tecnologia baseada em câmera permite medição simultânea de múltiplos pontos naqueles componentes e também rastreia corpos 6DoF dinamicamente. Software de medição mostra o progresso do processo de alinhamento em tempo real com o uso de bandeiras de desvio visual na tela do computador para orientação. O operador pode usar os dados para girar um parafuso e ajustar, então verificar quando a posição alvo é alcançada. Em resumo, as bandeiras de desvio atuam como indicadores para alinhamento rápido dos componentes dentro de poucos minutos.

Ambiente Severo, Sem Problema

Uma consideração clássica de qualquer metrologista é se um ambiente industrial é estável o suficiente para medição. Baseado no tamanho do objeto ou montagem, outra preocupação é se o sistema de metrologia terá que ser movido durante uma sessão. Esses dois problemas persistentes foram abordados com referenciamento dinâmico, como discutido anteriormente. Usando alvos no painel lateral do automóvel como pontos de referência, um sistema de fotogrametria pode compensar movimento do sensor. Esta mesma tecnologia também pode compensar medição de um objeto em uma área onde há vibração ou outros fatores contribuindo para um ambiente instável.

Como as áreas de linha de visão do objeto ou montagem são medidas simultaneamente, cada disparo é diretamente transformado em um sistema de coordenadas global. Medições são feitas de forma confiável, mesmo se um trabalhador toca a peça ou balança uma fixação. Nenhum realinhamento manual é necessário pois o sistema fotogramétrico permanece online e continua a adquirir dados enquanto atividades do dia a dia no local de trabalho ocorrem durante a sessão.

A Alternativa Emergente

Os provedores de soluções de metrologia óptica certamente estão seguindo tendências principais da indústria: operação mais fácil do hardware, software mais inteligente, e aquisição de dados mais rápida. Estas características, acopladas com resultados de medição confiáveis e estáveis de PCMMs mais novos baseados em câmera, fornecem uma alternativa a gagens tradicionais ou soluções apenas de sonda de toque. Além de inspeção de precisão, estes sistemas também podem monitorar e simplificar processos de montagem, e ajudar a guiar um operador através de trabalho de posicionamento e alinhamento com feedback imediato. Além de acelerar o processo de medição, os sistemas ópticos baseados em câmera de hoje estão operando significativamente mais rápido em muitas outras aplicações estáticas e dinâmicas, resultando em economia de tempo e vantagens de custo para aqueles que aproveitam o novo paradigma.

Publicado anteriormente na Quality Magazine.