11 - 2005

Портативные измерительные манипуляторы компании CimCore

Дмитрий Суслов

Для контроля точности изготовления изделий и технологической оснастки на большинстве предприятий применяются стационарные координатно-измерительные машины. Однако в ряде случаев, например при измерении крупногабаритных деталей или труднодоступных полостей, а также при необходимости провести измерения непосредственно на сборочной линии, на литейном заводе или на ремонтном участке, эти машины неприменимы. В таких ситуациях могут использоваться измерительные машины, выполненные в виде манипулятора, — они компактны и легки и для проведения измерений устанавливаются непосредственно рядом с измеряемым объектом. Принцип действия таких машин достаточно прост. Оператор, закрепив манипулятор в удобном для работы месте, например с помощью магнитного основания, к любой металлической поверхности, касается щупом измеряемой точки. Посредством датчиков, расположенных в сочленениях манипулятора, на компьютерную систему поступает информация о пространственных координатах кончика щупа (при использовании точечного) или центра сферы (при использовании сферического наконечника). Таким образом, снимая координаты точек с измеряемой детали, компьютерная система может либо рассчитывать по ним отклонения по сравнению с компьютерной моделью, либо вычислять геометрические параметры элементов изделия.

Одним из ведущих производителей таких измерительных машин в мире является американская компания CimCore (www.cimcore.com). В настоящее время CimCore выпускает три серии манипуляторов. Это серии StingerII и INFINITE для работы в режиме контактных измерений, а также манипуляторы серии INFINITE SC для использования совместно с лазерной сканирующей системой Perceptron ScanWorks, предназначенной для быстрого контроля изделий (скорость контроля — до 30 тыс. точек в секунду), в том числе изготовленных из мягких материалов, и для трехмерного сканирования объектов.

Бесконтактное измерение манипулятором серии INFINITE SC совместно с лазерной сканирующей системой Perceptron ScanWorks

Бесконтактное измерение манипулятором серии INFINITE SC совместно с лазерной сканирующей системой Perceptron ScanWorks

Такие измерительные манипуляторы обеспечивают полные шесть степеней свободы (манипуляторы серии INFINITE SC — семь степеней свободы) вращения и беспрепятственные измерения в труднодоступных местах. Высококачественный углепластик, из которого изготовлены компоненты манипулятора, делает измерительную машину высокоустойчивой к температурным изменениям. Манипулятор обеспечивает высочайшую точность, которая, тем не менее, зависит от его типа: у манипуляторов серии INFINITE интегральная характеристика точности измерений во всем объеме рабочей зоны составляет от 16 мкм, а точность измерений в точке согласно Single Point Sphere Test — от 5 мкм. При этом длина измерения со стационарной позиции составляет от 1,2 до 3,6 м.

Манипулятор CimCore серии INFINITE

Манипулятор CimCore серии INFINITE

Манипулятор CimCore серии StingerII

Манипулятор CimCore серии StingerII

Для увеличения рабочей зоны компания разработала специальные системы позиционирования LeapFrog, Space Lok и Grid Lok:

• LeapFrog представляет собой набор из четырех конических гнезд на магнитной основе, которые могут крепиться к любой металлической поверхности. При необходимости измерения объекта, размер которого превышает охват манипулятора, в единой системе координат, гнезда крепятся на границе рабочей зоны и оператор касается трех из них щупом манипулятора. Затем измерительная машина перемещается в новое положение, и оператор вновь касается тех же гнезд. Система автоматически определяет новое положение манипулятора и позволяет продолжать измерения в прежней системе координат;

• SpaceLOK — это калиброванная пирамидальная конструкция, в вершинах которой расположены металлические сферы, используемые для перебазирования. Принцип действий оператора аналогичен работе с LeapFrog. Позиция манипулятора в пространстве определяется привязкой к ближайшим трем вершинам. SpaceLOK увеличивает объем зоны измерения манипулятора в 2,5 раза;

• GridLOK представляет собой сеть конических гнезд, вмонтированных в бетонный или металлический пол, положение которых в пространстве предварительно замерено с высокой точностью посредством лазерного трекера. Стандартный размер такой сети — 4x6 м. Возможно увеличение до 60x60 м. Оператор может производить измерения в единой системе координат, перемещаясь по всему пространству GridLOK. Позиция манипулятора в рабочей зоне определяется привязкой к ближайшим трем гнездам сети.

Сборка и установка манипулятора на рабочем месте проводятся в течение нескольких минут. Для всех манипуляторов предусмотрена возможность работы в автономном режиме от аккумуляторной батареи. Манипуляторы серии INFINITE имеют возможность связи с компьютером посредством Wi-Fi, а кроме того, в них встроена цифровая камера, с помощью которой в процессе работы можно получать снимки. Все эти функции позволяют пользователю не только не путаться в проводах при работе оборудования в труднодоступных местах, но и не беспокоиться о наличии электропитания.

Технические характеристики манипуляторов серии INFINITE

Технические характеристики манипуляторов серии INFINITE

Технические характеристики манипуляторов серии StingerII

Технические характеристики манипуляторов серии StingerII

Для удобства работы все манипуляторы оснащаются быстросменными щупами, то есть все щупы, как входящие в базовый комплект поставки, так и выбранные пользователем из широкого спектра опционных дополнительных щупов, уже откалиброваны. Пользователю достаточно лишь заменить щуп, который система автоматически распознает и вводит необходимую компенсацию. Единственным исключением являются триггерные щупы, которые необходимо калибровать при каждой замене.

Система позиционирования GridLok

Система позиционирования GridLok

Все модели манипуляторов функционируют с программным обеспечением PowerINSPECT компании Delcam plc, разработанным специально для измерительных машин различного типа. Система PowerINSPECT предназначена для решения задач контроля точности и имеет несколько модулей, работающих с теми или иными типами КИМ. Для работы с манипуляторами используется модуль PowerINSPECT Manual, позволяющий проводить измерения геометрических параметров объекта, (диаметров отверстий, межцентровых расстояний, углов между плоскостями, отклонений формы и расположения и многого другого), а также сравнивать измеряемый объект с CAD-моделью путем расчета величины отклонений в каждой измеренной точке. При работе с лазерной сканирующей головкой Perceptron необходим модуль PowerINSPECT Point Cloud, позволяющий работать с большим облаком точек. Для работы со стационарными измерительными машинами с ЧПУ разработан модуль PowerINSPECT CNC, позволяющий создавать управляющие программы, имитировать работу программы на экране монитора и управлять процессом измерения. Еще один модуль системы PowerINSPECT OMV предназначен для контроля точности непосредственно на станках с ЧПУ, оснащенных измерительными головками.

Независимо от типа используемой КИМ, PowerINSPECT позволяет: импортировать данные CAD-моделей различных форматов, проводить быстрое совмещение систем координат математических моделей и КИМ, осуществлять контроль поверхности изделий по сечениям и кромки изделий, производить измерения стандартных геометрических элементов, автоматически распознавать и измерять геометрические элементы из CAD-моделей, измерять отклонений формы и взаимного расположения, экспортировать точки, каркасные модели и поверхности, подготавливать отчеты об измерениях. Отчет о результатах измерений генерируется автоматически в различных форматах и может быть настроен в соответствии с действующими на предприятии правилами.

Сертификат на КИМ CimCore 5000 INFINITE

Сертификат на КИМ CimCore 5000 INFINITE

Отдельным пунктом на ряде предприятий стоит задача оцифровки прототипов и получения по ним компьютерных 3D-моделей. Эти задачи также могут решаться с помощью манипуляторов и программного обеспечения Delcam plc. Исходя из геометрии изделия наиболее подходящим решением может оказаться как комплекс, состоящий из манипулятора с контактным щупом и системы моделирования PowerSHAPE со специальным модулем PS-Arm, так и комплекс на базе манипулятора с лазерной сканирующей системой и специализированного программного обеспечения CopyCAD. В первом случае с помощью манипулятора снимаются координаты точек с поверхности изделия, по которым строятся сечения и генерируются 3D-поверхности в пространстве. В случае работы с лазерным сканером результатом является большое облако точек, которое необходимо обработать и создать по нему поверхности. Для решения этой задачи применяют систему CopyCAD. Кроме того, измеренные трехмерные координаты могут записываться в текстовый файл или в электронную таблицу (например, MS Excel) для последующей передачи в чертежные системы для создания конструкторской документации или в системы трехмерного проектирования для создания компьютерных 3D-моделей промышленных объектов и установок.

Как в России, так и в других странах ручные координатно-измерительные манипуляторы применяются в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, машиностроение и энергетику, производство оснастки и приборостроение. С их помощью решается множество как традиционных задач геометрического контроля, так и задач реверсивного инжиниринга. Например, отделение корпорации General Motors компания Saturn применяет манипуляторы для контроля точности изготовления кузовов автомобилей, а также для контроля качества оснастки, полученных от поставщиков деталей и сварочно-сборочного оборудования. В компании Lucas Industries, специализирующейся на производстве инструментальной и монтажной оснастки для авиационной промышленности, манипуляторы CimCore с программным обеспечением PowerINSPECT стали неотъемлемой частью производственной линии. Некоторые из производимых компанией Lucas формовочных штампов, такие, например, как штампы для изготовления передней кромки крыла авиалайнера или вертикального стабилизатора, могут иметь размеры более трех с половиной метров. Компания Lucas изготавливает также стальные высокопроизводительные штампы и другую оснастку для штамповки и формовки различных деталей. Lucas использует измерительный комплекс на базе манипуляторов CimCore для проверки соответствия изготавливаемой оснастки и приспособлений с исходными компьютерными моделями, по которым они разрабатывались, а также для решения задач обратного инжиниринга. На заводе компании Caterpillar, Inc. (шт. Иллинойс, США), который осуществляет изготовление, сварку и сборку больших и средних колесных погрузчиков и гидравлических экскаваторов, применяют шесть измерительных манипуляторов. Пять из них находятся непосредственно в заводских цехах, а один — в инструментальном цехе. Для измерения крупногабаритных деталей, таких как стойки колесных погрузчиков, специалисты завода применяют систему GridLOK размером 5x6 м.

Манипуляторы производства компании CimCore сертифицированы Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений и допущены к применению в РФ.

САПР и графика 11`2005