In-Shop Metrologie Verhogen: Walk-Up Diensten Voor Nauwkeurige Onderdeelinspectie

Er zijn veel momenten dat een machinist, tijdens het frezen van een paar onderdelen of klaarmaken voor een initiële run, een paar onderdelen of een paar kritieke kenmerken moet controleren. Oppervlakken moeten spot-gecheckt worden, rondheid of concentriciteit bevestigd. Soms werkt een hand meetinstrument, maar met onderdelen die complexer worden en schema's strakker, zijn vaak capabelere machines nodig.

"Er kan een toolmaker zijn die een frees slijpt of een speciaal vormgereedschap maakt die gewoon een straal wil meten," zei Mark Arenal, general manager voor Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). In dat geval heeft hij een walk-up metrologie instrument nodig dat zowel adapteerbaar is als capabel is een breed scala aan metingen uit te voeren. "Veel van de instrumenten die we maken werken prima voor 'walk-up metrologie' op de werkvloer," zei hij. Goede voorbeelden zijn Starrett's AVR en MVR lijn van 2D visiesystemen. Deze variëren van handmatig tot volledig CNC. De toolmaker kan op lopen, zijn onderdeel op het toestel op het podium plaatsen, de straal van de frees imageren en snel een meting nemen, volgens Arenal. "Heel simpel. Een kenmerk, één meting, hij krijgt wat data, schrijft het op en loopt weg," zei hij.

De sleutel tot het concept, met name voor CNC machines, zit evenveel in de software als in de machine zelf. "De systeemsoftware maakt het relatief simpel om te gebruiken in dat scenario, met minimale training. U kunt daadwerkelijk het kenmerk dat u op het scherm ziet aanraken en meten," legde hij uit.

Echter, om echt kosteneffectief te zijn, moet de machine ook adapteerbaar zijn voor hogere volume productie. "Bijvoorbeeld, u kan een inspecteur hebben die een first article inspectie op 100% wil uitvoeren op verschillende onderdelen – zeg, 10 of 20 onderdelen. Die inspecteur kan een onderdeelprogramma schrijven op dezelfde machine en een meetreeks creëren om het eerste onderdeel te meten, met alle benodigde data en rapportopmaak. Wanneer klaar, kan de gebruiker het onderdeelprogramma opslaan en vervolgens de rest van de batch onderdelen meten," zei hij. "Deze apparatuur zal meer waardevol zijn voor een bedrijf als [het kan accommoderen] meerdere gebruikers en hun klussen geïnspecteerd kunnen worden."

Een met name productief toestel van Starrett, volgens Arenal, is de HVR100-FLIP, uitgebracht in 2017. Deze benchtop visie meet-systeem kan gebruikt worden in zowel verticale als horizontale oriëntatie, en heeft hoge-resolutie digitale video en precisie optiek voor nauwkeurige field-of-view metingen tot 90 mm, volgens het bedrijf.

Gemak en Nauwkeurigheid

Een andere overtuigende reden achter het gebruik van visie- en multi-visiesystemen wordt uitgelegd door David Wick, manager, product management voor Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). "Mensen die walk-up metrologie willen, zijn typisch niet achter de laatste tiende van een micron," zei hij. Bruikbaarheid is meestal belangrijker dan nauwkeurigheid. "Dit is een verandering in het paradigma. Wat belangrijk is, is het gemak van gebruik en herhaalbaarheid," zei hij. Hij merkte op dat walk-up metrologie een systeem vereist dat gangbare kenmerken zoals cirkels, stralen en sleuven kan herkennen. "Dus, u kunt op de knop drukken, snel een meting vastleggen, een afmeting en tolerantie intypen, en er gaat u," zei hij. Hij was het eens dat visiesystemen, zoals de Zeiss O-Select lijn, ideaal zijn voor walk-up metrologie. Zeiss visiesystemen omvatten een volledige suite van capacabele software voor het identificeren van gangbare kenmerken en het creëren van onderdeelprogramma's.

Consistentie is ook belangrijk. "U wilt dat de machine goede metingen geeft ongeacht wie het heeft aangeraakt," zei Wick. Dit betekent, naar zijn mening, naleving van ISO standaarden en het vermogen om routinematige metingen in een onderdeelprogramma vast te leggen. "De O-Select is gekalibreerd aan de ISO 10360-7 standaard," legde hij uit. "Het focust automatisch, verlicht, en kan meerdere kopieën van hetzelfde onderdeel aan." Hij zei. Herbruikbaarheid is ook belangrijk. "Laten we zeggen gisteren bouwde u een snel programma om vijf afmetingen te meten op een nieuw plat 2D object, en vandaag kwam u met zes prototypes. Leg ze op de machine, druk op een knop en de machine zou alle zes meten, één na de ander," legde hij uit. "We zien dat vaak."

Tim Moriarty, senior VP voor QVI (Rochester, NY), was het eens dat nieuwere video systemen makkelijker te gebruiken zijn. Hij merkte op dat voor werkvloer gebruik ze concurreren met handgereedschappen, zoals micrometers of zelfs meer geavanceerde tools zoals optische comparatoren die weinig tot geen training vereisen. Daarom is de nadruk op eenvoud. "Sommige van onze meetsystemen staan iedereen toe om letterlijk op te lopen, het onderdeel neer te leggen in elke positie zonder fixture, op een knop te drukken en direct een reeks metingen op het onderdeel te krijgen – zelfs een first article of in-process onderdeel," zei hij.

Moriarty was het eens met anderen geïnterviewd voor dit artikel dat dergelijk gemak van gebruik leidt tot makkelijke dataoverdracht voor procescontrole en record keeping. Het voordeel van makkelijk te gebruiken video systemen is dat ze inherent nauwkeurig en snel zijn vergeleken met andere walk-up apparaten. "We proberen de ervaring te verbeteren van een schuifmaat oppakken of het onderdeel op een comparator leggen," zei hij, door zowel snellere als nauwkeurigere metingen te bieden. Hij merkte op dat video meet-systemen, zoals de QVI Snap serie, gemakkelijk nauwkeurigheid van 0,0001–0,0002″ (0,00254–0,00508 mm) leveren.

"Onze nieuwe reeks Snap large field of view (LFOV) video meetmachines voldoen aan deze eis," zei hij. Snaps hebben een 100-mm FOV, kenmerkontrkking, automatische onderdeel ID, en beter dan 0,0001″ nauwkeurigheid, volgens het bedrijf. Modellen variëren van de benchtop Snap100 met een FOV van 100-mm diameter en geen bewegend podium tot de grote capaciteit Snap 350 met meer dan 350 × 350 mm meetbereik.

De Derde Dimensie

Er zijn momenten dat een vollere meting in de derde dimensie wenselijk of vereist is, zelfs in walk-up metrologie scenario's. Voor dat wijst Moriarty naar het bedrijfs QVI Fusion 400, een LFOV multisensor meet-systeem dat 3D meting automatiseert. Het heeft een 350 × 250 × 250-mm meetvolume en is multisensor-capabel met video meten en beschikbare trigger en scanning probes. Het omvat een TeleStar Plus interferometrische TTL laser.

Terwijl visiesystemen ideaal zijn voor twee dimensies en multisensor systemen gebaseerd op visie ideaal zijn voor twee-en-een-half dimensies, is soms meten in volle 3D nodig. "Daar zijn blauwe licht scanners ideaal voor dit walk-up metrologie concept," zei Wick. Zeiss biedt zijn Comet lijn van 3D scanners gebaseerd op blauwe licht technologie. "U kunt uw 3D werkstuk of onderdeel op de roterende tafel leggen, op een knop op een laptop drukken en het zal de roterende tafel draaien, het werkstuk scannen, en een 3D model ervan maken," zei hij. Het meten van kritieke afmetingen en toleranties vereist een beschikbaar CAD model. Echter, als er een beschikbaar is, kan het de ultieme in een walk-up metrologie concept zijn.

"We zien een duidelijke trend met operators die dichter bij het productiepunt moeten inspecteren, met productieingenieurs en operators die goede metingen moeten maken op intermediaire stappen in het productieproces," zei Dan Brown, director, product management voor Creaform Inc. (Lévis, CA). Hij was van harte het eens dat het vastleggen van 3D metingen een 3D apparaat vereist, zoals Creaform's HandyScan 3D, HandyProbe en MetraScan 3D apparaten. Hij merkte op dat er grote vraag is naar 3D metrologie metingen in het 25–75 µm bereik van metingen, het ideale nauwkeurigheidsbereik van deze apparaten.

"Schuifmatten zijn heel goed, maar niet voldoende om complexe onderdelen snel in 3D te meten," zei hij. CMM's zijn nauwkeurig, maar vereisen een onderdeelprogramma – meestal – en aanzienlijke expertise om adequaat te opereren. Dat maakt de typische gebruiksgemak en draagbaarheid van scanners ideaal in toepassingen waar middelnauwkeurigheid vereist is. Snelheid biedt zijn eigen gebruiksgemak. 3D optische scanners, inclusief blauwe licht scanners zoals die van Creaform (en anderen), verzamelen meestal hoge datasnelheden, van 100.000 tot 1 miljoen punten per seconde – veel sneller dan een typische CMM en biedend walk-up nut.

Een ander cruciale punt, zoals hij het ziet, is draagbaarheid. "Sommige van onze klanten hebben een aangewezen plek voor het gebruik van de scanner, waar ze het onderdeel naar brengen," zei hij. "Maar ze brengen soms het toestel naar het gebruiks punt." Het is in een zin walk-up metrologie in omgekeerde richting. Het voordeel van het toestel op een centrale locatie te houden is dat het in een gecontroleerde omgeving is. Het voordeel van het kunnen verplaatsen is flexibiliteit.

Brown wees op een ander universeel issue dat walk-up metrologie gemeen heeft met metrologie in het algemeen – de wisselwerking tussen trainingsvereisten en technologie die makkelijk te gebruiken en begrijpen is. "Ik zou elke metrologie operatie in twee delen verdelen, meten en inspectie," legde hij uit. Meten is 3D punten nemen en die in een computer krijgen. Wat u nodig hebt is inspectiesoftware om informatie te onttrekken aan de kenmerken die u wilt meten. Zijn punt is dat in elke productieoperatie u mensen nodig hebt getraind in beide aspecten meten en inspectie. Nog beter zijn zowel meet- als inspectiesystemen en software die even makkelijk te gebruiken zijn. "Getrainde metrologen zijn moeilijk te vinden," stelde hij, uitleggend Creaform's nadruk op het ontwikkelen van makkelijk te gebruiken inspectiesoftware en meetapparatuur.

Een ander apparaat dat 3D metingen levert is de XM serie hand-CMM van Keyence Corp. van America (Itasca, IL). "Het is ontworpen om overal in elke omgeving gebruikt te worden en een gebruiker toe te laten op te lopen en snelle antwoorden te krijgen," zei Steve Chirichella, regionale product sales director voor Keyence. Het bedrijf pitst het als een draagbare CMM. Een camera vangt nabij-infrarood licht op dat uitgezonden wordt van zeven verschillende markers op een handhouder probe om de positie van een stijlpunt te bepalen. "Er zijn geen bewegende delen," legde hij uit. "We zijn van de encoders of iets anders dat verslijdt, af, wat de machine duurzaam maakt en de noodzaak voor onderhoud en herkalibratie elimineert." Onderdelen worden geplaatst op een bewegbaar podium. Het moet opgemerkt worden dat het systeem ontworpen is voor onderdelen in het bereik van 3 × 2 × 1' (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 m).

Hoewel niet specifieke onderdeelprogramma's vereist om metingen te maken, kan het apparaat programma's vastleggen met augmented reality. Het omvat een kleine camera aan de probe punt die niet alleen de uiterlijke verschijning van het doel kan tonen, maar ook een beschrijving van de meting en de gemeten waarde. De software omvat de mogelijkheid om rapporten te produceren met de bijbehorende foto's genomen van de probe punt camera. Voor elk meetpunt toont het toestel de elementnaam en nummer alsook de meetresultaten in real time, op een foto vastgelegd door de camera getoond op de monitor voor de operator. "Soms zetten onze klanten het XM toestel op een wagentje in plaats van een centrale locatie, het toestel naar de werkplek brengen," zei hij. Het is met name nuttig in machinewerkplaatsen die complexe onderdelen in kleine volumes met een hoge mix produceren.

Alternatieve Concepten

Chirichella merkte ook op dat het Keyence IM video meet-systeem ook in het walk-up concept zou kunnen passen. Het systeem is ontworpen om de optische comparator te vervangen of de optische comparator in de 21e eeuw te brengen, zei hij. In tegenstelling tot andere apparaten gepitcht als walk-up capabel, vereist de IM serie het onderdeelprogramma te worden geschreven voor het. "De machine is gebouwd voor snelheid en bijna pijnlijke eenvoud," legde hij uit. Er is ook een functie genaamd "automatische meting" waar operators het onderdeel op het podium leggen, een vakje tekenen, en het meet alles wat handiger in het walk-up paradigma past. Chirichella vertelde van een bedrijf dat zijn kwaliteitslab gebruikt om programma's te schrijven voor zes of zeven machines verspreid over het terrein, gebruikers snelle toegang gevend tot gevalideerde onderdeelprogramma's.

Andere uitgeprobeerde apparaten, zoals de handmatige CMM, passen ook in het walk-up metrologie concept, volgens Gene Hancz, product specialist voor CMM bij Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Hij was het eens dat de trend weg is van uitsluitend vertrouwen op inspectieafdelingen en meer naar het toegankelijk maken van metrologie apparaten om hun eigen werk te controleren. Hij merkte op dat de meerderheid van CMM verkoop vandaag CNC gecontroleerd is, waar de handmatige CMM waarde biedt voor eenvoudige, eendimensionale metingen. "Handmatige CMM's kunnen op twee manieren gebruikt worden," legde hij uit. "Eén is waar onderdeelprogramma's gebruikt worden voor heel specifieke checks die vaak gebruikt worden. De ander is waar er geen programma is, met iemand die op komt om een enkele, of twee of driedimensionale check te doen, en ze zetten dingen handmatig op." Dat past precies in de definitie van walk-up metrologie.

Een goed voorbeeld is de Mitutoyo Crysta-Plus M Serie 196-Handmatig-Drijvend Type CMM, die onderdelen meet tot 700 × 1000 × 600 mm. Hancz zei dat het ideaal is voor dagelijkse taken, zoals het instellen van een werktuigmachine om een initiële onderdeel te checken.

Tot slot, de eenvoudigste gereedschappen mogen in de context van walk-up metrologie niet genegeerd worden. "Hoogtemeters en oppervlakteplaten zijn de meest voorkomende items in de werkplaats," zei Mike Creney, vicepresident van sales voor Mitutoyo. "De meeste vereisen geen stroom of lucht en met wat redelijke rekenvaardigheden kan iedereen meten, onderzoeken en evalueren een onderdeel voor tolerantie acceptatie. De oude manier werkt nog steeds met hoogtestanden, testindicatoren en het is nog steeds het minst duur." Het beste is dat handgereedschappen gemakkelijk geleerd kunnen worden aan de meest novice gebruiker. Nieuwe ontwikkelingen in handgereedschappen van Mitutoyo omvatten de QuantuMike, een high-speed micrometer, en de MDH micrometer met 0,0001-mm resolutie. "Dit brengt de werelds beste resolutie naar de werkvloer," stelde hij.

Creney wees ook op andere uitgeprobeerde apparaten, velen welke Mitutoyo levert, zoals profielprojectoren en oppervlakteruwheidsapparaten, hoewel ze enige additionele kennis vereisen om te opereren. Een geautomatiseerd CNC toestel zou niet volledig uitgesloten moeten worden in een walk-up scenario. "Een typische manier is om een CNC systeem te gebruiken met een snelle bevestiging of fixture gemonteerd op het meettoestel," zei Creney. "Als u meerdere draaibanken gebruikt, kunt u een rondheidssysteem op een centrale locatie hebben. In de monitoring fase kunt u een toegewezen bevestigingsfixture hebben om het onderdeel te centreren en simpelweg het cilindrische werkstuk in de fixture plaatsen, hand aandraaien en op een knop drukken. In een kwestie van minuten kunt u de rondheid en offset evalueren of de opstelling van de draaibanken wijzigen."

Eerder gepubliceerd op AdvancedManufacturing.org.