Solusi Visi Terstruktur Canggih untuk Pemesinan Presisi

Penyedia menyediakan berbagai sensor yang cocok dengan kebutuhan dan anggaran pengguna industri. Seperti harga turun dan kemampuan tumbuh, pertanyaan adalah aplikasi terbaik berikutnya?

Sistem terstruktur light mengukur permukaan dengan memproyeksikan pola irisan, lalu menggunakan kamera dan perangkat lunak canggih untuk mengonversinya menjadi point cloud data metrologi. Akurasi dapat mencapai mikron satu angka jutaan titik. Tingkat tangkapan pada beberapa peralatan baru diukur dalam milidetik. Harga terjangkau dan pilihan semakin tumbuh di antara sensor ini. Sementara sebagian besar tetap merupakan setup stereo dua kamera, beberapa menggunakan setup satu kamera untuk penerapan yang lebih fleksibel, terutama di dekat baris produksi. Lebih banyak penerapan dan lebih banyak aplikasi adalah ciri khas industri.

Salah satu pionir dalam bidang ini adalah GOM, perusahaan yang sekarang memperluas opsi dalam garis ATOS sistem terstruktur light. "Dulu, semua orang melihat sensor ATOS sebagai scanner high-end tetapi mahal. Tetapi sekarang [GOM] menawarkan garis lengkap scanner terstruktur light," kata Frank Stone, manajer rekayasa penjualan nasional untuk Capture 3D Inc., Santa Ana, Calif., nilai tambah penjual sensor ATOS. "Mereka menyadari bahwa untuk memperluas pasar Anda harus menyampaikan kepada berbagai macam pelanggan—bukan semua orang membutuhkan toleransi dan akurasi yang ketat seperti yang lain," kata dia.

Contoh bagus bagaimana perusahaan menawarkan variasi adalah ATOS Core, sistem level entri. It dapat tumbuh dalam kemampuan bersama dengan kebutuhan pemilik. Aplikasi level entri seperti reverse engineering atau prototipe cepat, menurut Capture3D, memerlukan scanning tanpa fungsionalitas inspeksi canggih. Kit lengkap "level entri" mencakup perangkat lunak yang mengonversi data point cloud menjadi mesh poligonal format STL. Core menawarkan jalur upgrade dari operasi manual ke operasi semi-otomatis yang dapat mencakup penambahan touch probes dan fotogrametri untuk inspeksi metrologi kualitas lebih tinggi. Perangkat yang sama juga pada akhirnya dapat ditingkatkan menjadi otomatisasi penuh untuk inspeksi kualitas industri.

Tetapi GOM tidak berhenti memperbaiki sistem high-end mereka juga. Terbaru mereka adalah tawaran ATOS 5 dan ATOS 5X, yang dirancang untuk penggunaan industri dan integrasi pengukuran ke baris produksi. Salah satu kunci penggunaan terstruktur light di lingkungan yang keras adalah untuk mempersingkat waktu pengumpulan, membuatnya kurang sensitif terhadap getaran dan kebisingan. Menurut perusahaan, ATOS 5 menangkap scan dalam 0,2 detik (200 milidetik) pada 100 frame per detik. Digabungkan dengan sistem otomatisasi ATOS Scanbox, itu dapat digunakan untuk mengukur penutup badan mobil, panel instrumen, palang turbin mesin atau bagian cetak. Dipasang pada robot dalam integrasi kustom, itu dapat mengukur body-in-white lengkap, yang umum dalam manufaktur otomotif.

Variasi dalam Sumber Proyeksi

Untuk memperluas utilitas lebih lanjut, ATOS 5X yang lebih canggih menggunakan sumber cahaya yang jauh lebih terang. "ATOS 5X menggunakan kompresor laser terintegrasi untuk memberikan sumber cahaya yang lebih terang, yang memperluas volume pengukuran," jelaskan Stone. "Di mana sebelumnya kita hanya dapat mengukur 700 mm, dengan sumber baru ini kita sekarang dapat mengukur hingga 1.000 mm dalam waktu yang sama. Ini hanya memakan waktu 0,2 detik per scan. Secara teknis, ini masih terstruktur light dan tidak menggunakan koherensi yang tersedia dalam laser untuk melakukan interferometri—ini adalah perangkat terstruktur light standar yang sangat terang."

Hexagon Manufacturing Intelligence, North Kingstown, R.I., juga telah mengembangkan dalam beberapa tahun terakhir berbagai macam perangkat scanning terstruktur light. Mereka dikelompokkan dalam dua teknologi dasar, yang menggunakan proyeksi slide tunggal dan yang menggunakan proyeksi fringe banyak. Sensor slide tunggal menekankan kecepatan dan penggunaan di kondisi keras dan termasuk WLS qFLASH, BLAZE 600 dan WLS 400 Hexagon.

"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 penting—itulah yang membuatnya ideal di pengaturan lantai bengkel pabrik. "Filosofinya adalah 'ukur di mana saja yang Anda inginkan'," kata Grinboim.

Teknologi proyeksi fringe banyak, di sisi lain, lebih lambat tetapi dengan resolusi yang lebih baik. Ini termasuk tawaran AICON dari Hexagon. "Saat kita mengambil gambar, gambar dibangun dari urutan proyeksi. Dan proyeksi tersebut adalah garis yang diproyeksikan pada bagian, dan garis tersebut bergerak dan berubah orientasi bersama dengan proses akuisisi gambar. Itu adalah proses yang relatif lama," jelaskan Grinboim, memakan waktu rata-rata 2 detik untuk satu pengumpulan. "Tujuannya bukan kecepatan tetapi kualitas point cloud."

Hexagon juga menggunakan proyektor Red/Green/Blue (RGB) DLP dalam sensor terbaru mereka, AICON StereoScan neo. Sensor juga memiliki rentang bidang pengukuran yang luas, dari 75 mm hingga 1.100 mm. Ini dilakukan melalui perubahan lensa kamera atau panjang dasar. Waktu akuisisi sekitar 2 detik dan perangkat dapat dilengkapi dengan kamera 8 atau 16 megapixel.

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

"[Ini] ideal untuk pekerjaan desain, reworking untuk tooling, dan menunjukkan overstock atau understock materi dalam cetakan. Semua ini dapat terlihat oleh insinyur tepat pada bagian, tanpa referensi ke layar komputer atau PDF," jelaskan Grinboim.

Hexagon menyebut ini See What You Measure, atau SWYM. "Ini ideal dalam pengukuran dan bekerja dengan cetakan, panahan atau plastik injeksi. Jika Anda memiliki bagian geometri besar, perangkat lunak kami akan secara otomatis menyatukan banyak pengumpulan bersama tanpa kebutuhan target referensi pada bagian," katanya.

Industrialisasi dan Otomatisasi

"Aplikasi populer [untuk scanner terstruktur light] termasuk tooling legacy untuk reverse engineering dan aplikasi penerbangan. Keduanya umumnya memerlukan toleransi presisi yang lebih tinggi yang sesuai dengan hardware terstruktur light," jelaskan Greg Groth, manajer divisi untuk Exact Metrology, Brookfield, Wis. Exact Metrology menawarkan layanan pengukuran dan scanning kontrak, solusi peralatan metrologi, serta sewa perangkat keras dan perangkat lunak. Ini menawarkan atau menggunakan perangkat metrologi mulai dari Portable Arm CMM hingga scanner CT high-end.

Perusahaan juga menggunakan sistem terstruktur light 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 mainstream dari perangkat terstruktur light. "Saat ini, dunia otomatisasi sedang mengadopsi [teknologi terstruktur light]. Selama sel robot menjadi lebih aman dan lebih hemat biaya secara paralel dengan hardware menjadi lebih murah, popularitas otomatisasi inline naik," kata Groth. "Saat kecepatan akuisisi meningkat ke subdetik, itu membuka dunia baru dari efisiensi throughput."

Dia juga percaya kata-kata anggaran industri saat ini—seperti AI, Internet of Things dan Big Data Analytics—memiliki efek pada adopsi sistem terstruktur light. "Satu perubahan besar adalah umpan balik dinamis, atau sistem looping. Misalnya, memindai komponen, membandingkan dengan data CAD yang dirancang, mengirim kembali ketidaksesuaian tersebut ke proses manufaktur, dan melakukan perubahan adaptif pada tooling untuk membuat bagian yang benar," katanya.

Ian Scribner, manajer penjualan produk scanning 3D portabel untuk Carl Zeiss Industrial Metrology LLC, Brighton, Mich., menyuarakan fokus ini pada otomatisasi dalam pengamatannya. "[Otomatisasi] adalah di mana sebagian besar fokus telah berada selama beberapa tahun terakhir untuk meningkatkan [perangkat lunak kami] untuk mengotomatisasi hardware," jelaskan dia.

Sejarah sistem terstruktur light yang ditawarkan Zeiss juga mencakar akarnya ke salah satu pendiri awal bidang ini, perusahaan Steinbichler. Zeiss mengakuisisi perusahaan dan teknologinya beberapa tahun yang lalu. Garis COMET sistem terstruktur light Zeiss berasal dari warisan ini tetapi sekarang menunjukkan beberapa perbaikan yang unik bagi Zeiss. Salah satu contoh adalah sistem Zeiss ABIS II yang digunakan untuk deteksi cacat permukaan. Ini sangat berguna untuk mengukur permukaan badan mobil kelas A dalam manufaktur otomotif—kembali dirancang untuk digunakan di atau dekat baris produksi.

Tawaran terbaru lainnya dari Zeiss adalah COMET Pro AE. Perangkat digunakan dalam solusi otomatisasi paket perusahaan, AIBox dan sistem AIBox flex. Ini juga menggambarkan tren lain yang meluas dalam sistem terstruktur light oleh semua penyedia—menggabungkan berbagai teknologi metrologi untuk meningkatkan otomatisasi dan akurasi.

"COMET Pro AE didedikasikan secara eksklusif untuk otomatisasi. Ini memiliki beberapa fitur tambah—termasuk fotogrametri," kata Scribner. "Ini membantu menangkap komponen yang lebih besar lebih cepat dan dengan akurasi yang lebih baik. Ini juga memiliki cincin cahaya, yang memungkinkan pengguna untuk memindai lemah logam dan memberikan detail fitur yang lebih baik pada lubang atau strops atau potongan lemah logam."

Waktu pengumpulan COMET Pro AE bergantung pada ukuran bagian. Sebuah badan mobil lemah logam, misalnya, memakan waktu beberapa menit. Hasilnya adalah puluhan juta titik dengan akurasi 25 hingga 35 mikron, menurut Scribner. Faktanya, kisah sukses terbesarnya dalam sejarah terbaru telah ada dalam mengotomatisasi pengukuran bagian lemah logam.

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

Perangkat juga dapat mengeluarkan titik scan yang dikonversi menjadi permukaan format STL. "Seringkali, COMET AIMax diprogram untuk mencari fitur tertentu untuk melakukan gaging inline," katanya. Karena dapat diprogram, ini menghindari masalah gaging keras, dengan harga yang semakin terjangkau.

"Setiap tahun kita telah melihat sistem terstruktur light sebagai kelompok turun dalam harga dan naik dalam kemampuan, membuka aplikasi baru," kata Scribner. Ukuran kompak BestFit diaktifkan oleh teknologi kamera tunggalnya. Juga, mengingat lingkungan keras yang dirancang untuknya, kedua sensor menunjukkan stabilitas suhu tinggi melalui kompensasi aktif.

Keterjangkauan dan Aplikasi

Perubahan besar sedang datang ke pasar sistem visi, menurut Scott Green, direktur perangkat lunak untuk 3D Systems Inc., Rock Hill, S.C. "Akan terjadi pergeseran besar dalam pasar untuk sistem terstruktur light resolusi tinggi," kata dia.

Perusahaan menawarkan rentang produk yang luas, dari printer 3D hingga perangkat umpan balik gaya haptic, termasuk garis sistem metrologi terstruktur light. Pergeseran dalam sistem terstruktur light akan terjadi karena harga perangkat yang turun sementara kualitas dan cakupan scanning meningkat, menurut Green.

"Ini adalah [sistem] yang bisa segera dibeli dengan kartu kredit. Bahkan hari ini, ada sensor terstruktur light berkualitas tinggi dan sangat murah yang dijual dengan kurang dari $10.000," katanya—sangat jauh dari sistem asli $100.000 dan lebih yang diperkenalkan ke pasar. 3D Systems menawarkan apa yang mereka sebut scanner kelas industri—Capture dan versi yang lebih kecil, Capture Mini. Perangkat genggam lain juga menggunakan terstruktur light untuk pengukuran cepat item kecil.

Bagaimana ini mungkin? Sistem ini memerlukan sumber cahaya berkualitas tinggi dan presisi serta pola proyeksi yang tepat. Kamera harus menangkap gambar tajam hingga ukuran 16 megapixel. Ada perangkat lunak dan matematika yang sangat canggih yang terlibat dalam mendapatkan data dari komponen-komponen itu. Puluhan tahun penyempurnaan membuat perangkat lunak dan algoritma semakin canggih. Namun, dia berpendapat sistem ini pada dasarnya sederhana. "Sistem terstruktur light pada dasarnya dua kamera dan proyektor," katanya, dengan komputer dan perangkat lunak.

Pasar konsumen umum sedang mendorong kurva biaya dan kualitas komponen-komponen itu. Komputasi pada level ini menjadi hampir gratis. Smartphone yang diproduksi massal dan kamera kelas konsumen berarti kamera digital dan sumber cahaya berkembang dengan cepat.

"Komponen fungsional, komponen aktual dari membangun sensor terstruktur light menjadi jauh lebih terjangkau," kata Green. "Jadi Anda melihat pergeseran ke bawah dalam biaya kepemilikan untuk jenis terstruktur light berkualitas tinggi itu seiring komponen di dalamnya menjadi lebih mudah didapat dan murah."

Setelah biaya hardware ditekan, kata dia, tekanan harga pada perangkat lunak pendamping akan meningkat. Dengan total biaya kepemilikan yang menurun, itu membuka penggunaan sistem terstruktur light yang sekarang murah untuk penggunaan khusus, menurut Green. Pikirkan pengukuran gap-and-flush di body-in-white mobil atau inspeksi 100 persen fitur individu di sel pemesinan oleh sensor individu.

"Untuk aplikasi yang tepat, kita akan memiliki sensor yang jauh lebih cerdas yang jauh lebih dekat dengan tempat produksi," katanya. "Peran perangkat lunak desktop untuk aplikasi ini akan jauh lebih seperti agregator informasi."