Ситуация: Многие предприятия считают, что достаточно установить 3D-сканер на робота — и автоматизация контроля готова. Но настоящая автоматизация означает автономную работу системы: стабильную точность, воспроизводимость результатов и интеграцию в производственную линию без участия оператора.
Вопрос: как правильно выбрать технологию 3D-сканирования для такой задачи — лазерный сканер на роботе или систему структурированного света?
В первой части нашего обзора-сравнения мы подробно рассмотрели, как происходят бесконтактные измерения с помощью лазерной линии и структурированного света, а во второй части изучили систему с лазерным сканером и систему структурированного света и подробно рассмотрели состав этих систем.
В третьей и заключительной части обзора-сравнения рассмотрим программирование систем, особенности обработки и хранения данных, а также вопросы обслуживания и возможности получения гарантии. Завершим наш обзор сравнительной таблицей, в которой в сжатой форме отобразим основные результаты сравнения систем.
Программирование систем
Метод сбора данных лазерным сканером требует «закрашивать» поверхность сканирования, перемещая вдоль нее сканер. Для этого нужно большое количество движений робота. Запрограммировать траекторию сканирования робота по непрерывному пути — один из наиболее трудоемких способов программирования. Программист должен вручную выполнить подбор траектории, оценка качества захвата поверхности требует многократных прогонов по этой траектории, каждый прогон должен быть выполнен в контексте всей программы, и любые изменения в траектории могут привести к потере данных, потому что последующие участки пути не будут скорректированы соответственно.
В дополнение к форме траектории большую роль играет скорость перемещения сканера. Эта скорость не может превышать определенной величины, при которой будет надежно обеспечен захват поверхности сеткой лазерных линий. Производители лазерных сканеров заявляют скорость сканирования в формате количества точек в секунду, что плохо коррелирует со скоростью перемещения сканера. Поиск подходящей скорости перемещения робота по траектории сканирования ложится на оператора при программировании станции и занимает несколько полных прогонов — это необходимо, чтобы определить оптимум с точки зрения пропускной способности станции и качества сбора данных.
При наличии такого количества вводных программирование станции становится трудоемкой задачей, занимающей значительное время, при этом возможность допустить ошибку достаточно велика.
При работе со сканером структурированного света фотографическая съемка значительно упрощает программирование и оценку качества сбора данных поверхности. Так как сканер выполняет фотографическую съемку, достаточно разместить его в точке визирования участка поверхности, съемка произойдет за счет динамической проекции структурированного света. Результат сканирования в определенной точке сразу виден на мониторе оператора. Положение сканера корректируется с пульта управления роботом до достижения положительного результата сканирования. При положительном результате точка сохраняется в программу и можно перейти к следующей. Такой способ перемещения робота называется «от точки до точки» (PTP, point to point) и представляет собой самый простой и гибкий способ программирования, где каждая точка программы независима и не влечет за собой коррекцию целой траектории. Эти точки визирования могут быть подобраны вручную или сгенерированы в сканирующем ПО, которое обеспечивает расчет положений сканера для достижения максимального покрытия поверхности за минимальное количество кадров, выполняя оптимизацию траектории еще до начала ее реального построения. В процессе сканирования скорость перемещения робота между точками не играет роли, так как сбор данных осуществляется в точке визирования при неподвижном положении сканера. Это дает возможность пользоваться максимальной скоростью перемещения робота между точками. Снимок занимает от 0,2 сек., поэтому пропускная способность системы структурированного света будет выше, чем системы с лазерным сканером.
С точки зрения программирования такая система намного удобнее и оставляет меньше возможностей для ошибок, таким образом снижается влияние человеческого фактора не только в процессе сканирования, но и в программировании.
Обработка и хранение данных
Лазерные сканеры работают непрерывно, постоянно собирая данные с определенной (60-120 Гц) частотой кадров. Плотность сбора данных в режиме реального времени не может быть адаптирована под кривизну поверхности и форму сканируемых элементов, потому что за один раз сканер обрабатывает только форму лазерных линий в каждом отдельном кадре. Сканирование происходит с одинаковой плотностью вне зависимости от степени кривизны поверхности, постоянно собираются избыточные данные. Анализ и фильтрацию можно провести только после завершения сканирования изделия и первичной постобработки облака точек, которая занимает тем больше времени, чем больше измеряемый объект. В процессе постобработки дополнительно будет потрачено время на обработку избыточных данных, которые система не может отфильтровать до выполнения этой обработки.
Сканер структурированного света сканирует участок поверхности за один кадр. Каждый кадр в процессе сканирования проходит локальную постобработку прямо в процессе сбора данных, в результате каждый снимок поступает в систему предварительно отфильтрованным по указанному критерию и интенсивности и уже не содержит избыточных данных. В дальнейшей обработке финального облака точек избыточные данные не участвуют, что приводит к значительному сокращению расчетного времени и объема обрабатываемых данных и в результате к более эффективному использованию машинных ресурсов. Это может показаться незначительным в краткосрочной перспективе, но в перспективе независимой работы автоматической системы на протяжении месяцев эта экономия позволит выполнять больший объем работ или предоставить больше времени для техобслуживания и технических перерывов, которые необходимы любому оборудованию. Время на их выполнение лучше обеспечивать за счет упреждающей работы, чем нагонять производственные планы после техобслуживания.
Обслуживание и гарантии
Поставщики сканирующих систем могут выполнять поставку оборудования и подключение исполнительных устройств для совместной работы. Как правило, такие поставщики берут на себя гарантийные и сервисные обязательства только в части сканирующего оборудования. Остальное оборудование — робот, поворотный стол, периметр безопасности, сетевое и электрооборудование — имеет гарантийную поддержку непосредственного производителя. Это приводит к тому, что при наступлении гарантийного случая необходимо обращаться за поддержкой к каждому из производителей в отдельности. С большой долей вероятности производитель находится в другой стране и в принципе не сможет рассмотреть обращение, так как оборудование было продано другому лицу и ввозилось по параллельному импорту.
Так как сканеры структурированного света разработаны для работы в составе автоматизированных станций, производитель сканеров поставляет автоматизированные решения под ключ, используя надежные проверенные компоненты, которые бесшовно интегрируются в систему и гарантированно обеспечивают достаточный технический уровень для решения практических задач. У таких поставщиков, как правило, выработаны методы проверки оборудования по определенным критериям и существует перечень подходящих исполнительных узлов и механизмов, которые им удовлетворяют. В этом случае гарантийные обязательства несет одно лицо — поставщик системы. Такие системы заслуживают бóльшего доверия не только в части соответствия заявленным характеристикам, но и в части эксплуатации, гарантийного и постгарантийного обслуживания.
Кратко результаты сравнения систем с лазерным сканером и систем структурированного света представлены в таблице:
В результате анализа двух решений, преобладающих в области автоматического бесконтактного контроля, нетрудно сделать вывод, что системы на основе сканеров структурированного света выигрывают по ряду точностных, технических и эксплуатационных характеристик. Закономерно, что такие системы будут в среднем обходиться дороже, чем лазерные сканеры, адаптированные к работе на роботе, но такая разница оправдана более совершенной технологией, используемой в оборудовании и ПО, а также теми плюсами, которые дает внедрение автоматизированных линий контроля в целом.
Согласно мировой практике внедрение автоматизации обеспечивает прирост производительности в среднем в 25%, значительно сокращает влияние человеческого фактора, снижает брак. Уменьшается фонд оплаты труда — сокращается объем необходимых для производства человеко-часов, снижаются требования к квалификации персонала, замена даже одного человека на робота дает экономию в более чем миллион рублей в год с учетом социальных отчислений. Кажущиеся большими на старте вложения в автоматизацию окупаются, по опыту интеграторов различных отраслей, уже через 2-3 года.
Автоматизированная линия контроля на основе сканеров структурированного света — это решение, которое действительно будет работать на производство и обеспечивать качество и не превратится в «памятник автоматизации», просто стоящий галочкой в очередном отчете.
Если перед вами стоит задача внедрения автоматического 3D-контроля, важно заранее оценить, какая технология сканирования действительно сможет обеспечить необходимую точность, повторяемость и стабильность процесса на производстве.
Команда МС Метролоджи более 25 лет помогает предприятиям внедрять высокоточные измерительные системы и интегрировать их в производственные линии.
Оставьте заявку, и мы разберём ваши производственные задачи и подберём оптимальное решение.
Подробнее о промышленных автоматизированных измерительных системах Integra Scala AutoBox — на нашем сайте.