Visi Terstruktur dalam Manufaktur

Penyedia memberikan beragam sensor agar sesuai dengan kebutuhan dan anggaran pengguna industri. Ketika harga turun dan kemampuan meningkat, pertanyaannya adalah apa aplikasi terbaik berikutnya?

Sistem cahaya terstruktur mengukur permukaan dengan memproyeksikan pola pinggiran, kemudian menggunakan kamera dan perangkat lunak canggih untuk mengubahnya menjadi awan titik data metrologi. Akurasi dapat mencapai mikron satu digit lebih dari jutaan poin. Tingkat penangkapan pada beberapa peralatan yang lebih baru diukur dalam milidetik. Keterjangkauan dan pilihan tumbuh di antara sensor-sensor ini. Meskipun sebagian besar tetap menggunakan pengaturan stereo dua kamera, beberapa menggunakan pengaturan kamera tunggal untuk penerapan yang lebih fleksibel, terutama di dekat jalur produksi. Lebih banyak penerapan dan lebih banyak aplikasi adalah keunggulan industri.

Salah satu pionir di bidang ini adalah GOM, sebuah perusahaan yang kini memperluas opsi di jajaran sistem lampu terstruktur ATOS-nya. “Di masa lalu, semua orang melihat sensor ATOS sebagai pemindai kelas atas tetapi mahal. Tapi sekarang [GOM] menawarkan seluruh lini pemindai terstruktur-ringan, ”kata manajer teknik penjualan nasional Frank Stone untuk Capture 3D Inc., Santa Ana, California, reseller nilai tambah sensor ATOS. “Mereka menyadari bahwa untuk memperluas pasar, Anda harus memberikan berbagai macam pelanggan—tidak semua orang membutuhkan toleransi dan akurasi yang ketat seperti yang
lakukan,” katanya.

Contoh bagus tentang bagaimana perusahaan menawarkan variasi adalah ATOS Core-nya, sistem tingkat pemula. Ini
dapat tumbuh dalam kemampuan seiring dengan kebutuhan pemiliknya. Aplikasi entry-level seperti reverse engineering atau rapid prototyping, menurut Capture3D, membutuhkan pemindaian tanpa fungsionalitas pemeriksaan lanjutan. Kit “entry level” yang lengkap mencakup perangkat lunak yang mengubah data point cloud menjadi mesh poligonal yang diformat STL. Core menawarkan jalur peningkatan dari operasi manual ke operasi semi-otomatis yang dapat mencakup penambahan probe sentuh dan fotogrametri untuk inspeksi metrologi berkualitas lebih tinggi. Perangkat yang sama juga pada akhirnya dapat ditingkatkan ke otomatisasi penuh untuk inspeksi kontrol kualitas industri.

Tetapi GOM juga tidak berhenti meningkatkan sistem canggihnya. Yang terbaru adalah penawaran ATOS 5 dan ATOS 5X, yang dirancang untuk penggunaan industri dan integrasi pengukuran ke dalam lini produksi. Salah satu kunci untuk menggunakan cahaya terstruktur di lingkungan yang keras adalah mempersingkat waktu pengumpulan, sehingga kurang sensitif terhadap getaran dan kebisingan. Menurut perusahaan, ATOS 5 menangkap pemindaian dalam 0,2 detik (200 milidetik) pada 100 frame per detik. Dikombinasikan dengan sistem otomasi ATOS Scanbox, alat ini dapat digunakan untuk mengukur penutup bodi otomotif, panel instrumen, bilah turbin mesin, atau komponen cor. Dipasang pada robot dalam integrasi khusus, alat ini dapat mengukur seluruh tubuh-dalam-putih, yang umum dalam manufaktur otomotif.

Variasi dalam Sumber Proyeksi

Untuk memperluas utilitas lebih jauh, ATOS 5X yang lebih canggih menggunakan sumber cahaya yang jauh lebih terang. “ATOS 5X menggunakan kompresor sinar laser terintegrasi untuk menyediakan sumber cahaya yang lebih terang, yang memperluas volume pengukuran,” jelas Stone. “Di mana sebelumnya kami hanya bisa mengukur 700 mm, dengan sumber baru ini kami sekarang dapat mengukur hingga 1.000 mm dalam waktu yang bersamaan. Hanya membutuhkan 0,2 detik per pemindaian.” Secara teknis, ini masih merupakan cahaya terstruktur dan tidak menggunakan koherensi yang tersedia dalam laser untuk melakukan interferometri—ini adalah perangkat cahaya terstruktur yang sangat terang namun masih standar.

Intelijen Manufaktur Hexagon, North Kingstown, R.I., dalam beberapa tahun terakhir juga telah mengembangkan berbagai perangkat pemindaian cahaya terstruktur. Mereka dikelompokkan dalam dua teknologi dasar, yang menggunakan proyeksi slide tunggal dan yang menggunakan beberapa proyeksi pinggiran. Sensor geser tunggal menekankan kecepatan dan penggunaan dalam kondisi yang sulit dan mencakup qFLASH WLS Hexagon, BLAZE 600, dan WLS 400.

“Sensor ini menekankan akuisisi gambar yang cepat,” kata Amir Grinboim, manajer program teknis untuk Hexagon. Ini mengumpulkan data rata-rata dalam 0,015 detik, atau 15 milidetik. Kecepatan pengumpulan itu penting—itulah yang membuatnya ideal dalam pengaturan lantai pabrik. “Filosofinya adalah ‘mengukur di mana pun Anda mau’,” kata Grinboim.

Teknologi proyeksi pinggiran ganda, di sisi lain, lebih lambat tetapi dengan resolusi yang lebih baik. Ini termasuk penawaran AICON dari Hexagon. “Saat kami mengambil bidikan, gambar dibangun dari urutan proyeksi. Dan proyeksi tersebut adalah garis-garis yang diproyeksikan pada bagian tersebut, dan garis-garis tersebut dipindahkan dan berubah orientasi seiring dengan proses akuisisi citra. Itu proses yang relatif lama,” jelas Grinboim, rata-rata membutuhkan waktu 2 detik untuk satu koleksi. “Tujuannya bukanlah kecepatan, tetapi kualitas awan titik.”

Hexagon juga menggunakan proyektor DLP Merah/Hijau/Biru (RGB) pada sensor terbarunya, AICON StereoScan neo. Sensor ini juga memiliki rentang bidang pengukuran yang luas, mulai dari 75 mm hingga 1.100 mm. Ini dilakukan dengan mengubah lensa kamera atau panjang alasnya. Waktu akuisisi sekitar 2 detik dan perangkat dapat dilengkapi dengan kamera 8 atau 16 megapiksel.

Apa yang ideal untuk proyektor RGB DLP adalah aplikasi di mana pengukuran dapat diubah menjadi peta warna penyimpangan jika dibandingkan dengan nominal CAD. Ini kemudian diproyeksikan kembali ke bagian yang baru saja diukur.

“[Ini] ideal untuk pekerjaan desain, pengerjaan ulang untuk perkakas, dan menunjukkan material yang terlalu banyak atau kurang dalam pengecoran. Semua ini dapat dilihat langsung oleh teknisi, tanpa mengacu pada layar komputer atau PDF,” jelas Grinboim.

Hexagon menyebutnya Lihat Apa yang Anda Ukur, atau SWYM. “Ini sangat ideal dalam mengukur dan bekerja dengan coran, tempa atau plastik injeksi. Jika Anda memiliki bagian geometri yang besar, perangkat lunak kami akan secara otomatis menggabungkan beberapa koleksi tanpa memerlukan target referensi pada bagian tersebut,” katanya.

Industrialisasi dan Otomasi

“Aplikasi populer [untuk pemindai cahaya terstruktur] mencakup perkakas lama untuk rekayasa balik dan aplikasi luar angkasa. Keduanya umumnya membutuhkan toleransi presisi yang lebih tinggi yang memenuhi perangkat keras ringan terstruktur, ”jelas Greg Groth, manajer divisi untuk Metrologi Tepat, Brookfield, Wis. Metrologi Tepat menawarkan layanan pengukuran dan pemindaian kontrak, solusi peralatan metrologi, serta penyewaan perangkat keras dan perangkat lunak. Menawarkan atau menggunakan perangkat metrologi mulai dari Portable Arm CMM hingga pemindai CT kelas atas.

Perusahaan juga menggunakan sistem lampu terstruktur GOM ATOS. Ini termasuk ATOS II Triple Scan dan ATOS III Triple scan, yang digunakan Exact dalam pekerjaan kontraknya. Exact juga mendistribusikan AICON PrimeScan dari Hexagon Manufacturing Intelligence.

Otomatisasi menjadi penggunaan utama perangkat cahaya terstruktur. “Saat ini, dunia otomasi mengadopsi teknologi [structured light]. Ketika sel robot menjadi lebih aman dan lebih hemat biaya secara paralel dengan perangkat keras menjadi lebih murah, popularitas otomatisasi in-line meningkat, ”kata Groth. “Seiring dengan peningkatan kecepatan akuisisi hingga subdetik, itu membuka dunia baru efisiensi throughput.”

Dia juga percaya bahwa kata kunci industri saat ini — seperti AI, Internet of Things, dan Big Data Analytics — berpengaruh pada penerapan sistem lampu terstruktur. “Satu perubahan besar adalah umpan balik dinamis, atau sistem melingkar. Misalnya, memindai komponen, membandingkan dengan data CAD maksud yang dirancang, memasukkan kembali perbedaan tersebut ke proses manufaktur, dan membuat perubahan adaptif pada perkakas untuk membuat bagian yang benar,” katanya.

Ian Scribner, manajer penjualan produk pemindaian 3D portabel untuk Carl Zeiss Industrial Metrology LLC, Brighton, Mich., menggemakan fokus pada otomatisasi ini dalam pengamatannya. “[Otomasi adalah] di mana sebagian besar fokus telah selama beberapa tahun terakhir dalam meningkatkan perangkat lunak [kami] untuk mengotomatisasi perangkat keras,” jelasnya.

Sejarah sistem lampu terstruktur yang ditawarkan Zeiss juga menelusuri akarnya ke salah satu pendiri awal bidang ini, perusahaan Steinbichler. Zeiss mengakuisisi perusahaan dan teknologinya beberapa tahun lalu. Lini sistem lampu terstruktur Zeiss COMET berasal dari warisan ini tetapi sekarang menunjukkan beberapa peningkatan yang unik untuk Zeiss. Salah satu contohnya adalah sistem Zeiss ABIS II yang digunakan untuk mendeteksi cacat permukaan. Ini sangat berguna dalam mengukur permukaan bodi Kelas A dalam manufaktur otomotif—sekali lagi dirancang untuk digunakan pada atau di dekat jalur produksi.

Penawaran Zeiss lainnya yang lebih baru adalah COMET Pro AE. Perangkat ini digunakan dalam solusi otomatisasi pra-paket perusahaan, sistem AIBox dan AIBox flex. Ini juga menggambarkan tren lain yang lazim dalam sistem lampu terstruktur oleh semua penyedia—menggabungkan berbagai teknologi metrologi untuk meningkatkan otomatisasi dan akurasi.

“COMET Pro AE secara ketat didedikasikan untuk otomatisasi. Ini memiliki beberapa fitur tambahan—termasuk fotogrametri,” kata Scribner. “Ini membantu menangkap komponen yang lebih besar lebih cepat dan dengan akurasi yang lebih baik. Ini juga memiliki cincin ringan, yang memungkinkan pengguna untuk dapat memindai lembaran logam dan memberikan detail fitur yang lebih baik pada lubang atau goresan atau potongan lembaran logam.”

Waktu pengumpulan COMET Pro AE bergantung pada ukuran komponen. Bodi mobil dari lembaran logam, misalnya, membutuhkan waktu beberapa menit. Hasilnya adalah puluhan juta titik pada akurasi 25 hingga 35 m, menurut Scribner. Faktanya, kisah sukses terbesarnya dalam sejarah baru-baru ini adalah dalam mengotomatisasi pengukuran bagian lembaran logam.

Sementara COMET Pro AE ditawarkan sebagai perangkat "at-line" yang berguna untuk inspeksi lot sampel, Zeiss juga menawarkan solusi ringan terstruktur untuk inspeksi in-line dengan penawaran AIMax Inline dan BestFit. Perusahaan mengiklankan ini sebagai pekerjaan yang baik untuk jaminan kualitas, pengenalan lokasi, dan kontrol produksi, termasuk panduan robot.

Perangkat juga dapat menampilkan titik pindai yang diubah menjadi permukaan yang diformat STL. “Seringkali, COMET AIMax diprogram untuk mencari fitur khusus untuk melakukan pengukuran in-line,” katanya. Karena dapat diprogram, perangkat ini menghindari kesulitan pengukuran yang sulit, dengan harga yang semakin terjangkau.

“Setiap tahun kami telah melihat sistem lampu terstruktur sebagai kelompok turun harga dan naik dalam kemampuan, membuka aplikasi baru,” kata Scribner. Ukuran BestFit yang ringkas diaktifkan oleh teknologi kamera tunggalnya. Selain itu, mengenali lingkungan yang keras yang dirancang untuk mereka, kedua sensor menunjukkan stabilitas suhu tinggi melalui kompensasi aktif.

Keterjangkauan dan Aplikasi

Perubahan besar akan datang ke pasar sistem visi, menurut Scott Green, direktur perangkat lunak untuk 3D Systems Inc., Rock Hill, S.C. “Akan ada perubahan besar di pasar untuk sistem cahaya terstruktur resolusi tinggi,” dia kata.

Perusahaan ini menawarkan rangkaian produk yang luas, mulai dari printer 3D hingga perangkat
pengisian paksa haptic, termasuk jajaran sistem metrologi ringan terstruktur. Pergeseran dalam sistem cahaya terstruktur akan terjadi karena penurunan harga perangkat meskipun kualitas dan cakupan pemindaian meningkat, menurut Green.

“Ini adalah [sistem] yang dapat segera dibeli dengan kartu kredit. Saat ini, bahkan, ada sensor cahaya terstruktur berkualitas tinggi yang sangat murah yang dijual dengan harga kurang dari $10.000,” katanya—jauh dari sistem asli plus $100.000 yang awalnya diperkenalkan ke pasar. Sistem 3D menawarkan apa yang disebutnya sebagai pemindai kelas industri — Capture dan versi yang lebih kecil, Capture Mini. Perangkat genggam lainnya juga menggunakan cahaya terstruktur untuk pengukuran cepat benda-benda kecil.

Bagaimana ini mungkin? Sistem ini membutuhkan sumber cahaya berkualitas tinggi dan presisi serta pola proyeksi yang presisi. Kamera perlu menangkap gambar yang tajam hingga ukuran 16 megapiksel. Ada banyak perangkat lunak dan matematika canggih yang digunakan untuk mengeluarkan data dari komponen-komponen tersebut. Beberapa dekade penyempurnaan membuat perangkat lunak dan algoritme lebih canggih. Namun, ia mempertahankan sistem pada dasarnya … sederhana. “Sistem pencahayaan terstruktur pada dasarnya adalah dua kamera dan proyektor,” katanya, dengan komputer dan perangkat lunak.

Pasar konsumen umum mendorong kurva biaya dan kualitas dalam komponen tersebut. Komputasi pada tingkat ini menjadi hampir gratis. Ponsel cerdas yang diproduksi secara massal dan kamera kelas konsumen berarti kamera digital dan sumber cahaya berkembang pesat.

“Komponen fungsional, komponen sebenarnya dari membangun sensor cahaya terstruktur menjadi jauh lebih terjangkau,” kata Green. “Jadi, Anda melihat penurunan biaya kepemilikan untuk jenis lampu terstruktur berkualitas tinggi tersebut karena komponen di dalamnya menjadi lebih mudah tersedia dan murah.”

Setelah biaya perangkat keras diturunkan, dia mengatakan tekanan harga pada perangkat lunak yang menyertainya akan meningkat. Dengan total biaya kepemilikan menurun, itu membuka penggunaan sistem lampu terstruktur yang sekarang murah dalam penggunaan khusus, menurut Green. Pikirkan pengukuran gap-and-flush pada body-in-white otomotif atau inspeksi 100 persen fitur individual dalam sel permesinan oleh sensor individual.

“Untuk aplikasi yang tepat, kami akan memiliki sensor yang jauh lebih cerdas yang lebih dekat dengan tempat produksi,” katanya. “Peran dalam perangkat lunak desktop untuk aplikasi tersebut akan lebih seperti agregator informasi.”