Walk-up metrologie wandelt machinewerkplaatsen binnen

Het komt vaak voor dat een machinist, terwijl hij een paar onderdelen snijdt of zich klaarmaakt voor een eerste run, een paar onderdelen of een paar kritische functies moet controleren. Oppervlakken moeten ter plaatse worden gecontroleerd, rondheid of concentriciteit worden bevestigd. Soms werkt een handmeter, maar omdat de onderdelen steeds complexer worden en de schema's strakker worden, zijn er vaak meer capabele machines nodig.

"Er kan een gereedschapmaker zijn die een frees slijpt of een speciaal vormgereedschap maakt die alleen een radius wil meten", zegt Mark Arenal, algemeen directeur van Starrett Kinemetric Engineering (Laguna Hills, CA). In dat geval heeft hij een meetinstrument nodig dat zowel aanpasbaar is als een breed scala aan metingen kan uitvoeren. "Veel van de instrumenten die we maken, werken goed voor 'walk-up metrologie' op de werkvloer," zei hij. Goede voorbeelden zijn de AVR- en MVR-lijn van 2D-visiesystemen van Starrett. Deze variëren van handmatig tot volledig CNC. De gereedschapmaker kan naar boven lopen, zijn onderdeel op de unit op het podium plaatsen, de radius van de frees in beeld brengen en snel een meting doen, aldus Arenal. "Erg makkelijk. Eén functie, één meting, hij krijgt wat gegevens, schrijft het op en loopt weg," zei hij.

De sleutel tot het concept, vooral voor CNC-machines, zit zowel in de software als in de machine zelf. “De systeemsoftware maakt het in dat scenario relatief eenvoudig te gebruiken, met minimale training. Je kunt de functie die je op het scherm ziet echt aanraken en meten”, legt hij uit.

Om echt kosteneffectief te zijn, moet de machine echter ook kunnen worden aangepast voor productie in grotere volumes. “Je kunt bijvoorbeeld een inspecteur hebben die een eerste artikelinspectie op 100% wil uitvoeren op verschillende onderdelen, bijvoorbeeld 10 of 20 onderdelen. Die inspecteur kan een onderdeelprogramma schrijven op dezelfde machine en een meetreeks maken om het eerste onderdeel te meten, met alle benodigde gegevens en rapportopmaak. Als dit klaar is, kan de gebruiker het onderdeelprogramma opslaan en vervolgens de rest van de partij onderdelen meten, "zei hij. "Deze apparatuur zal waardevoller zijn voor een bedrijf als er meerdere gebruikers kunnen worden gebruikt en hun taken kunnen worden geïnspecteerd."

Een bijzonder productief apparaat van Starrett, volgens Arenal, is de HVR100-FLIP, uitgebracht in 2017. Dit benchtop vision-meetsysteem kan zowel in verticale als horizontale oriëntatie worden gebruikt en is voorzien van digitale video met hoge resolutie en precisie-optica voor nauwkeurig veld -of-view afmetingen tot 90 mm, volgens het bedrijf.

Gemak en nauwkeurigheid

Een andere dwingende reden achter het gebruik van vision- en multivision-systemen wordt uitgelegd door David Wick, manager productmanagement voor Carl Zeiss Industrial Metrology Technology LLC (Maple Grove, MN). "Mensen die metrologie willen, zijn meestal niet op de laatste tiende van een micron uit", zei hij. Gebruiksvriendelijkheid is meestal belangrijker dan nauwkeurigheid. “Dit is een verandering in het paradigma. Wat belangrijk is, is het gebruiksgemak en de herhaalbaarheid,” zei hij. Hij merkte op dat walk-up metrologie een systeem vereist dat gemeenschappelijke kenmerken zoals cirkels, radiussen en sleuven kan herkennen. "Dus je zou op de knop kunnen klikken, snel een meting kunnen vaststellen, een dimensie en een tolerantie kunnen typen, en daar ga je", zei hij. Hij was het ermee eens dat vision-systemen, zoals de Zeiss O-Select-lijn, ideaal zijn voor walk-up metrologie. Zeiss vision-systemen bevatten een volledige suite van capabele software voor het identificeren van gemeenschappelijke kenmerken en het maken van onderdeelprogramma's.

Consistentie is ook belangrijk. "Je wilt dat de machine goede metingen geeft, ongeacht wie hem heeft aangeraakt", zei Wick. Dit betekent volgens hem naleving van ISO-normen en het vermogen om routinemetingen vast te leggen in een onderdelenprogramma. "De O-Select is gekalibreerd volgens de ISO 10360-7-standaard", legt hij uit. "Het stelt automatisch scherp, verlicht en kan meerdere exemplaren van hetzelfde onderdeel aan", zei hij. Ook herbruikbaarheid is belangrijk. “Laten we zeggen dat je gisteren een snel programma hebt gebouwd om vijf dimensies te meten op een nieuw plat 2D-object, en vandaag kwam je met zes prototypes. Zet ze op de machine, druk op een knop en de machine meet ze alle zes, de een na de ander”, legde hij uit. "Dat zien we vaak."

Tim Moriarty, senior VP voor QVI (Rochester, NY), was het ermee eens dat nieuwere videosystemen gemakkelijker te gebruiken zijn. Hij merkte op dat ze voor gebruik op de werkvloer concurreren met handgereedschap, zoals micrometers of zelfs meer geavanceerde gereedschappen zoals optische comparators die weinig tot geen training vereisen. Daarom ligt de nadruk op eenvoud. "Sommige van onze meetsystemen stellen iedereen in staat om letterlijk naar boven te lopen, het onderdeel in elke positie neer te leggen zonder een bevestiging, op een knop te drukken en onmiddellijk een reeks metingen van het onderdeel te krijgen - zelfs een eerste artikel of onderdeel in bewerking", zegt hij. zei.

Moriarty was het met anderen die voor dit artikel zijn geïnterviewd eens dat dergelijk gebruiksgemak leidt tot gemakkelijke gegevensoverdracht voor procescontrole en registratie. Het voordeel van gebruiksvriendelijke videosystemen is dat ze inherent nauwkeurig en snel zijn in vergelijking met andere walk-up-apparaten. "We proberen de ervaring van het oppakken van een remklauw of het plaatsen van het onderdeel op een comparator te verbeteren", zei hij door zowel snellere als nauwkeurigere metingen te leveren. Hij merkte op dat videomeetsystemen, zoals de QVI Snap-serie, gemakkelijk een nauwkeurigheid leveren van 0,0001-0,0002″ (0,00254-0,00508 mm).

"Onze nieuwe reeks Snap-videomeetmachines met groot gezichtsveld (LFOV) voldoen aan deze vraag", zei hij. Snaps hebben een gezichtsveld van 100 mm, functie-extractie, automatische onderdelen-ID en een nauwkeurigheid van meer dan 0,0001″, aldus het bedrijf. Modellen variëren van de benchtop Snap100 met een gezichtsveld van 100 mm diameter en geen bewegend platform tot de Snap 350 met grote capaciteit met een meetbereik van meer dan 350 × 350 mm.

De derde dimensie

Er zijn momenten waarop een volledigere meting in de derde dimensie wenselijk of vereist is, zelfs in scenario's met oplopende metrologie. Daarvoor wijst Moriarty op de QVI Fusion 400 van het bedrijf, een LFOV-multisensor-meetsysteem dat 3D-metingen automatiseert. Het heeft een meetvolume van 350 × 250 × 250 mm en is geschikt voor meerdere sensoren met videometing en beschikbare trigger- en scansondes. Het bevat een TeleStar Plus interferometrische TTL-laser.

Terwijl vision-systemen ideaal zijn voor twee dimensies en multisensor-systemen op basis van vision zijn ideaal voor twee-en-een-halve dimensies, soms is meten in volledig 3D noodzakelijk. "Dat is waar blauwlichtscanners ideaal zijn voor dit walk-up metrologieconcept", zegt Wick. Zeiss biedt zijn Comet-lijn van 3D-scanners aan op basis van blauwlichttechnologie. "Je kunt je 3D-werkstuk of onderdeel op zijn draaitafel plaatsen, op een knop op een laptop drukken en hij zal de draaitafel draaien, het werkstuk scannen en er een 3D-model van maken", zei hij. Het meten van kritische afmetingen en toleranties vereist wel een beschikbaar CAD-model. Als er echter een beschikbaar is, is dit misschien wel het ultieme in een walk-up metrologieconcept.

"We zien een duidelijke trend bij operators die dichter bij het productiepunt moeten inspecteren, waarbij productie-ingenieurs en operators goede metingen moeten doen bij tussenliggende stappen in het productieproces", zegt Dan Brown, directeur productmanagement voor Creaform Inc. (Lévis, CA). Hij was het er volledig mee 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-metrologische metingen in het meetbereik van 25-75 µm, het ideale nauwkeurigheidsbereik van deze apparaten.

"Remklauwen zijn erg goed, maar zijn niet voldoende om snel complexe onderdelen in 3D te meten", zei hij. CMM's zijn nauwkeurig, maar vereisen een onderdelenprogramma - meestal - en aanzienlijke expertise om adequaat te kunnen werken. Dat maakt het typische gebruiksgemak en de draagbaarheid van scanners ideaal voor toepassingen waar nauwkeurigheid in het middenbereik vereist is. Speed ​​biedt zijn eigen gebruiksgemak. Optische 3D-scanners, waaronder blauwlichtscanners zoals die van Creaform (en anderen), verzamelen gewoonlijk hoge gegevenssnelheden, van 100.000 tot 1 miljoen punten per seconde - veel sneller dan een typische CMM en bieden een handig hulpprogramma.

Een ander belangrijk punt, zoals hij het ziet, is draagbaarheid. "Sommige van onze klanten hebben een aangewezen plek om de scanner te gebruiken, waar ze het onderdeel naartoe brengen", zei hij. "Maar soms brengen ze het apparaat naar het punt van gebruik." Het is in zekere zin omgekeerde metrologie. Het voordeel van het centraal plaatsen van het apparaat is dat het zich in een gecontroleerde omgeving bevindt. Het voordeel van het kunnen verplaatsen is flexibiliteit.

Brown wees op een ander universeel probleem dat walk-up metrologie gemeen heeft met metrologie in het algemeen:de wisselwerking tussen opleidingseisen en technologie die gemakkelijk te gebruiken en te begrijpen is. "Ik zou elke metrologische operatie in twee delen verdelen, meting en inspectie", legde hij uit. Meten is 3D-punten nemen om die in een computer te krijgen. Wat je nodig hebt is inspectiesoftware om informatie te extraheren naar de kenmerken die je wilt meten. Zijn punt is dat je bij elke productieoperatie mensen nodig hebt die getraind zijn in zowel meten als inspecteren. Nog beter zijn zowel meet- en inspectiesystemen als software die even eenvoudig te gebruiken zijn. "Getrainde metrologen zijn moeilijk te vinden", verklaarde hij, en legde uit dat Creaform de nadruk legt op het ontwikkelen van gebruiksvriendelijke inspectiesoftware en meetapparatuur.

Een ander apparaat dat 3D-metingen levert, is de XM-serie draagbare CMM van Keyence Corp. of America (Itasca, IL). "Het is ontworpen om overal en in elke omgeving te worden gebruikt en om een ​​gebruiker in staat te stellen ernaartoe te lopen en snel antwoord te krijgen", zegt Steve Chirichella, regionaal productverkoopdirecteur voor Keyence. Het bedrijf presenteert het als een draagbare CMM. Een camera legt bijna-infraroodlicht vast dat wordt uitgezonden door zeven verschillende markeringen op een draagbare sonde om de positie van een styluspunt te bepalen. "Er zijn geen bewegende delen", legde hij uit. "We hebben de encoders of iets anders dat verslijt, weggedaan, waardoor de machine duurzaam is en onderhoud en herkalibratie niet meer nodig zijn." Onderdelen worden op een verplaatsbaar podium geplaatst. Opgemerkt moet worden dat het systeem is ontworpen voor onderdelen in het bereik van 3 × 2 × 1′ (0,9144 × 0,6096 × 0,3048 m).

Hoewel er geen specifieke onderdeelprogramma's nodig zijn om metingen uit te voeren, kan het apparaat programma's vastleggen met behulp van augmented reality. Het bevat een kleine camera aan de sondepunt die niet alleen het uiterlijk van het doel kan weergeven, maar ook een beschrijving van de meting en de gemeten waarde. De software biedt de mogelijkheid om rapporten te maken met de bijbehorende foto's die zijn gemaakt met de sondetipcamera. Voor elk meetpunt toont het apparaat de naam en het nummer van het element, evenals de meetresultaten in realtime, op een foto die is gemaakt door de camera die op de monitor wordt weergegeven voor de operator. "Soms zetten onze klanten het XM-apparaat op een kar in plaats van op een centrale locatie, waardoor het apparaat naar de werkplek wordt gebracht", zei hij. Het is vooral handig in machinewerkplaatsen die complexe onderdelen produceren in kleine volumes met een hoge mix.

Alternatieve concepten

Chirichella merkte ook op dat het Keyence IM-videomeetsysteem ook in het walk-up-concept zou kunnen passen. Het systeem is ontworpen om de optische comparator te vervangen of de optische comparator naar de 21e eeuw te brengen, zei hij. In tegenstelling tot andere apparaten die geschikt zijn voor walk-up, vereist de IM-serie dat het onderdelenprogramma ervoor wordt geschreven. "De machine is gebouwd voor snelheid en bijna pijnlijke eenvoud", legde hij uit. Er is ook een functie die "automatisch meten" wordt genoemd, waarbij operators het onderdeel op het podium plaatsen, een doos tekenen en alles meet wat handiger in het walk-up-paradigma past. Chirichella vertelde over een bedrijf dat zijn kwaliteitslab gebruikt om programma's te schrijven voor zes of zeven machines verspreid over de fabriek, zodat gebruikers snel toegang hebben tot gevalideerde onderdeelprogramma's.

Andere beproefde apparaten, zoals de handmatige CMM, passen ook in het walk-up metrologieconcept, volgens Gene Hancz, productspecialist voor CMM bij Mitutoyo America Corp. (Aurora, IL). Hij was het ermee eens dat de trend weg is van alleen te vertrouwen op inspectieafdelingen en meer op het toegankelijk maken van metrologische apparaten om hun eigen werk te controleren. Hij merkte op dat het merendeel van de CMM-verkopen tegenwoordig CNC-gestuurd zijn, waarbij de handmatige CMM waarde biedt voor eenvoudige, eendimensionale metingen. "Handmatige CMM's kunnen op twee manieren worden gebruikt", legt hij uit. “Een daarvan is waar onderdeelprogramma's worden gebruikt voor zeer specifieke controles die vrij vaak worden gebruikt. De andere is waar er helemaal geen programma is, met iemand die komt om een ​​enkele, twee of driedimensionale controle te doen, en ze stellen dingen handmatig in. Dat past precies in de definitie van walk-up metrologie.

Een goed voorbeeld is de Mitutoyo Crysta-Plus M Series 196-Manual-Floating Type CMM, die onderdelen meet tot 700 × 1000 × 600 mm. Hancz zei dat het ideaal is voor dagelijkse taken, zoals het opzetten van een werktuigmachine om een ​​eerste onderdeel te controleren.

Ten slotte mogen de eenvoudigste tools niet worden genegeerd in de context van walk-up metrologie. "Hoogtemeters en oppervlakteplaten zijn de meest voorkomende items in de winkel", zegt Mike Creney, vice-president verkoop bij Mitutoyo. “De meeste hebben geen kracht of lucht nodig en met wat behoorlijke wiskundige vaardigheden kan iedereen een onderdeel meten, onderzoeken en evalueren voor acceptatie van tolerantie. De oude manier werkt nog steeds met hoogtestandaards, testindicatoren en het is nog steeds de goedkoopste.” Het beste is dat handgereedschap gemakkelijk aan de meest beginnende gebruiker kan worden geleerd. Nieuwe ontwikkelingen in handgereedschap van Mitutoyo zijn onder meer de QuantuMike, een hogesnelheidsschroefmaat, en de MDH-schroefmaat met een resolutie van 0,0001 mm. "Dit brengt 's werelds beste resolutie naar de werkvloer", verklaarde hij.

Creney wees ook op andere beproefde apparaten, waarvan Mitutoyo er veel levert, zoals profielprojectoren en apparaten voor oppervlakteruwheid, hoewel ze wel wat extra kennis nodig hebben om te kunnen werken. Een geautomatiseerd CNC-apparaat moet in een walk-up scenario niet helemaal worden uitgesloten. "Een typische manier is om een ​​CNC-systeem te gebruiken met een snelle mal of armatuur die op het meetapparaat is gemonteerd", zegt Creney. “Als je met meerdere draaibanken werkt, heb je misschien een rondheidssysteem op een centrale plek. In de bewakingsfase kunt u een speciale montagevoorziening hebben om het onderdeel te centreren en eenvoudig het cilindrische werkstuk in de houder te plaatsen, met de hand vast te draaien en op een knop te drukken. Binnen enkele minuten kunt u de rondheid evalueren en de instelling van de draaibanken aanpassen of aanpassen.”

Eerder vermeld op AdvancedManufacturing.org.