제조의 구조화된 비전

공급자는 업계 사용자의 요구와 예산에 맞게 다양한 센서를 제공하고 있습니다. 가격이 하락하고 기능이 증가함에 따라 다음으로 가장 적합한 애플리케이션은 무엇입니까?

구조 조명 시스템은 변두리 패턴을 투영한 다음 카메라와 정교한 소프트웨어를 사용하여 측정 데이터의 포인트 클라우드로 변환하여 표면을 측정합니다. 정확도는 수백만 포인트에서 한 자릿수 미크론에 도달할 수 있습니다. 일부 최신 장비의 캡처 속도는 밀리초 단위로 측정됩니다. 이러한 센서 중에서 경제성과 선택의 폭이 커지고 있습니다. 대부분은 두 대의 카메라 스테레오 설정으로 유지되지만 일부는 특히 생산 라인 근처에서 보다 유연한 배포를 위해 단일 카메라 설정을 사용하고 있습니다. 더 많은 배포와 더 많은 애플리케이션이 업계의 특징입니다.

이 분야의 개척자 중 하나인 GOM은 현재 ATOS 구조 조명 시스템 라인의 옵션을 확장하고 있는 회사입니다. “과거에는 모두가 ATOS 센서를 고급형이지만 비싼 스캐너로 여겼습니다. 그러나 이제 [GOM]은 구조화광 스캐너의 전체 라인을 제공합니다. "그들은 시장을 확장하기 위해 다양한 고객에게 제공해야 한다는 사실을 인식했습니다. 모든 사람이 다른 사람처럼 엄격한 허용 오차와 정확성을 필요로 하는 것은 아닙니다.
"라고 그는 말했습니다.

회사가 다양성을 제공하는 방법의 좋은 예는 엔트리 레벨 시스템인 ATOS Core입니다.
소유자의 요구에 따라 기능이 커질 수 있습니다. Capture3D에 따르면 리버스 엔지니어링 또는 래피드 프로토타이핑과 같은 보급형 애플리케이션에는 고급 검사 기능 없이 스캔이 필요합니다. 완전한 "기본" 키트에는 포인트 클라우드 데이터를 STL 형식의 다각형 메쉬로 변환하는 소프트웨어가 포함되어 있습니다. Core는 고품질 계측 검사를 위해 터치 프로브 및 사진 측량 추가를 포함할 수 있는 수동 작업에서 반자동 작업으로의 업그레이드 경로를 제공합니다. 동일한 장치를 궁극적으로 산업 품질 관리 검사를 위한 완전 자동화로 업그레이드할 수도 있습니다.

그러나 GOM은 하이엔드 시스템 개선도 멈추지 않았습니다. 최신 제품은 산업용으로 설계된 ATOS 5 및 ATOS 5X 제품으로 측정을 생산 라인에 통합합니다. 열악한 환경에서 구조광을 사용하는 핵심 중 하나는 수집 시간을 단축하여 진동과 소음에 덜 민감하게 만드는 것입니다. 회사에 따르면 ATOS 5는 초당 100프레임에서 0.2초(200밀리초) 만에 스캔을 캡처합니다. ATOS Scanbox 자동화 시스템과 결합하여 자동차 차체 클로저, 계기판, 엔진 터빈 블레이드 또는 주조 부품을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 맞춤형 통합으로 로봇에 장착되어 자동차 제조에서 흔히 볼 수 있는 완전한 차체를 측정할 수 있습니다.

프로젝션 소스의 다양성

유틸리티를 더욱 확장하기 위해 고급 ATOS 5X는 훨씬 더 밝은 광원을 사용합니다. "ATOS 5X는 통합된 레이저 광 압축기를 사용하여 더 밝은 광원을 제공하므로 측정 볼륨이 확장됩니다."라고 Stone이 설명했습니다. “이전에는 700mm만 측정할 수 있었지만 이 새로운 소스를 사용하면 이제 동시에 최대 1,000mm까지 측정할 수 있습니다. 스캔당 0.2초밖에 걸리지 않습니다.” 기술적으로 이것은 여전히 ​​구조광이며 간섭 측정을 수행하기 위해 레이저에서 사용할 수 있는 간섭성을 사용하지 않습니다. 이는 매우 밝지만 여전히 표준 구조광 장치입니다.

R.I. North Kingstown에 있는 Hexagon Manufacturing Intelligence도 최근 몇 년 동안 다양한 구조의 광 스캐닝 장치를 개발했습니다. 단일 슬라이드 투영을 사용하는 기술과 다중 프린지 투영을 사용하는 기술의 두 가지 기본 기술로 그룹화됩니다. 단일 슬라이드 센서는 속도와 열악한 조건에서의 사용을 강조하며 Hexagon의 WLS qFLASH, BLAZE 600 및 WLS 400을 포함합니다.

Hexagon의 기술 프로그램 관리자인 Amir Grinboim은 "이 센서는 빠른 이미지 획득을 강조합니다. 이들은 평균 0.015초 또는 15밀리초 내에 데이터를 수집합니다. 수집 속도가 중요합니다. 바로 이것이 공장 작업 현장 설정에 이상적입니다. "철학은 '원하는 곳에서 측정'하는 것입니다."라고 Grinboim은 말했습니다.

반면에 다중 프린지 프로젝션 기술은 더 느리지만 더 나은 해상도를 제공합니다. 여기에는 Hexagon의 AICON 제품이 포함됩니다. “촬영할 때 이미지는 일련의 투영으로 구성됩니다. 그리고 그 투영은 부품에 투영되는 선이며, 이러한 선은 이미지 획득 프로세스와 함께 이동되고 방향이 변경됩니다. 이는 상대적으로 긴 프로세스입니다.”라고 Grinboim은 설명하며 단일 컬렉션에 평균 2초가 소요됩니다. "목표는 속도가 아니라 포인트 클라우드의 품질입니다."

Hexagon은 또한 최신 센서인 AICON StereoScan neo에서 Red/Green/Blue(RGB) DLP 프로젝터를 사용합니다. 이 센서는 또한 75mm에서 1,100mm까지의 광범위한 측정 필드를 가지고 있습니다. 이것은 카메라 렌즈 또는 베이스 길이를 변경하여 수행됩니다. 획득 시간은 약 2초이며 장치에는 800만 또는 1600만 화소 카메라가 장착될 수 있습니다.

RGB DLP 프로젝터는 CAD 공칭과 비교할 때 측정값을 편차의 컬러 맵으로 변환할 수 있는 애플리케이션에 이상적입니다. 그런 다음 방금 측정한 부품에 다시 투영됩니다.

“[이것은] 설계 작업, 툴링을 위한 재작업, 주조 시 과잉 또는 부족 재료 표시에 이상적입니다. 이 모든 것은 엔지니어가 컴퓨터 화면이나 PDF를 참조하지 않고도 부품에서 바로 볼 수 있습니다.”라고 Grinboim은 설명했습니다.

Hexagon은 이것을 See What You Measure 또는 SWYM이라고 부릅니다. “이것은 주물, 단조 또는 사출 플라스틱을 측정하고 작업하는 데 이상적입니다. 대형 지오메트리 부품이 있는 경우 당사 소프트웨어는 부품에 대한 참조 대상 없이도 여러 컬렉션을 자동으로 연결합니다.”라고 말했습니다.

산업화 및 자동화

“[구조광 스캐너에 대한] 인기 있는 응용 프로그램에는 리버스 엔지니어링 및 항공 우주 응용 프로그램을 위한 레거시 도구가 포함됩니다. 두 가지 모두 일반적으로 구조화된 조명 하드웨어에 맞는 더 높은 정밀도의 공차가 필요합니다.”라고 Exact Metrology 부서 관리자인 Greg Groth가 설명했습니다. Exact Metrology는 계약 측정 및 스캐닝 서비스, 계측 장비 솔루션, 하드웨어 및 소프트웨어 대여를 제공합니다. Portable Arm CMM에서 고급 CT 스캐너에 이르기까지 다양한 계측 장치를 제공하거나 사용합니다.

이 회사는 또한 GOM ATOS 구조 조명 시스템을 사용합니다. 여기에는 Exact가 계약 작업에 사용하는 ATOS II 트리플 스캔 및 ATOS III 트리플 스캔이 포함됩니다. Exact는 Hexagon Manufacturing Intelligence의 AICON PrimeScan도 배포합니다.

자동화는 구조적 조명 장치의 주류 사용이 되고 있습니다. “현재 자동화 세계는 [구조화된 조명] 기술을 채택하고 있습니다. 로봇 셀이 더 안전해지고 비용 효율성이 높아지면서 하드웨어가 더 저렴해짐에 따라 인라인 자동화의 인기가 높아지고 있습니다.”라고 Groth가 말했습니다. "획득 속도가 1초 미만으로 증가함에 따라 처리량 효율성의 새로운 세계가 열립니다."

그는 또한 AI, 사물 인터넷 및 빅 데이터 분석과 같은 오늘날의 산업 유행어가 구조화된 조명 시스템의 채택에 영향을 미치고 있다고 믿습니다. “한 가지 큰 변화는 동적 피드백 또는 루프 시스템입니다. 예를 들어 구성 요소를 스캔하고 설계된 의도 CAD 데이터와 비교하고 이러한 불일치를 제조 프로세스에 피드백하고 올바른 부품을 만들기 위해 도구를 적응적으로 변경합니다.”라고 그는 말했습니다.

미시간주 브라이튼 소재 Carl Zeiss Industrial Metrology LLC의 휴대용 3D 스캐닝 제품 판매 관리자인 Ian Scribner는 관찰에서 자동화에 대한 이러한 초점을 반영했습니다. "[자동화는] 지난 몇 년 동안 하드웨어를 자동화하기 위해 [우리] 소프트웨어를 향상시키는 데 가장 중점을 두었던 분야입니다."라고 그는 설명했습니다.

Zeiss가 제공하는 구조적 조명 시스템의 역사는 이 분야의 초기 설립자 중 하나인 Steinbichler 회사에 그 뿌리를 두고 있습니다. Zeiss는 몇 년 전에 회사와 기술을 인수했습니다. 구조화된 조명 시스템의 Zeiss COMET 라인은 이러한 유산에서 비롯되었지만 현재 Zeiss 고유의 개선 사항을 보여주고 있습니다. 한 가지 예는 표면 결함 감지에 사용되는 Zeiss ABIS II 시스템입니다. 자동차 제조에서 클래스 A 차체 표면을 측정하는 데 특히 유용합니다. 다시 한 번 생산 라인이나 그 근처에서 사용하도록 설계되었습니다.

Zeiss의 최신 제품 중 하나는 COMET Pro AE입니다. 이 장치는 회사의 사전 패키징된 자동화 솔루션인 AIBox 및 AIBox flex 시스템에 사용됩니다. 또한 자동화 및 정확도를 개선하기 위해 다양한 계측 기술을 결합하여 모든 공급자가 구조화 조명 시스템에서 널리 사용하는 또 다른 추세를 보여줍니다.

“COMET Pro AE는 자동화에만 전념합니다. 사진 측량을 비롯한 몇 가지 추가 기능이 있습니다.”라고 Scribner가 말했습니다. “이는 더 큰 구성 요소를 더 빠르고 정확하게 캡처하는 데 도움이 됩니다. 또한 라이트 링이 있어 사용자가 판금을 스캔하고 판금의 구멍이나 스트롭 또는 컷아웃에 대해 더 나은 세부 기능을 제공할 수 있습니다.”

COMET Pro AE의 수집 시간은 부품의 크기에 따라 다릅니다. 예를 들어 판금 차체는 몇 분이 걸립니다. Scribner에 따르면 그 결과 25~35μm 정확도에서 수천만 개의 포인트가 생성됩니다. 사실, 최근 역사상 가장 큰 성공 사례는 판금 부품의 자동 측정이었습니다.

COMET Pro AE는 샘플 로트 검사에 유용한 "at-line" 장치로 제공되지만 Zeiss는 AIMax Inline 및 BestFit 제품을 통해 인라인 검사를 위한 구조화된 조명 솔루션도 제공합니다. 회사는 로봇 안내를 포함하여 품질 보증, 위치 인식 및 생산 제어 작업에 적합하다고 광고합니다.

장치는 또한 STL 형식의 표면으로 변환된 스캔 포인트를 출력할 수 있습니다. "종종 COMET AIMax는 인라인 측정을 수행하기 위한 특정 기능을 찾도록 프로그래밍됩니다."라고 그는 말했습니다. 프로그래밍이 가능하기 때문에 점점 더 저렴한 가격으로 하드 게이지의 함정을 피할 수 있습니다.

Scribner는 "매년 우리는 구조화된 조명 시스템을 하나의 그룹으로 볼 때 가격이 낮아지고 기능이 향상되어 새로운 응용 프로그램이 열리는 것을 목격했습니다."라고 말했습니다. BestFit의 컴팩트한 크기는 단일 카메라 기술로 가능합니다. 또한 두 센서는 설계된 열악한 환경을 인식하여 능동 보정을 통해 고온 안정성을 나타냅니다.

가성비 및 애플리케이션

사우스캐롤라이나주 락힐에 있는 3D Systems Inc.의 소프트웨어 이사인 Scott Green에 따르면 비전 시스템 시장에 큰 변화가 오고 있습니다. 말했다.

이 회사는 3D 프린터에서 햅틱 포스 피드백
장치에 이르기까지 구조화된 광 계측 시스템 라인을 포함하여 광범위한 제품을 제공합니다. Green에 따르면 구조적 조명 시스템의 변화는 품질과 스캔 범위가 증가하는 동안에도 장치 가격이 하락하기 때문에 발생합니다.

“이것은 신용 카드로 곧 구입할 수 있는 [시스템]입니다. 오늘날에도 $10,000 미만에 판매되는 매우 저렴한 고품질 구조광 센서가 있습니다. 3D Systems는 산업용 스캐너라고 하는 Capture와 더 작은 버전인 Capture Mini를 제공합니다. 또 다른 휴대용 장치는 작은 항목을 빠르게 측정하기 위해 구조광을 사용합니다.

이것이 어떻게 가능한지? 이러한 시스템에는 고품질의 정밀한 광원과 정확한 투영 패턴이 필요합니다. 카메라는 최대 1600만 화소 크기의 선명한 이미지를 캡처해야 합니다. 이러한 구성 요소에서 데이터를 가져오는 데 사용되는 훨씬 정교한 소프트웨어와 수학이 있습니다. 수십 년간의 개선으로 소프트웨어와 알고리즘이 더욱 정교해졌습니다. 그러나 그는 시스템이 본질적으로 ... 단순하다고 주장합니다. "구조 조명 시스템은 기본적으로 두 대의 카메라와 프로젝터로 구성됩니다."라고 그는 컴퓨터와 소프트웨어를 사용하여 말했습니다.

일반 소비자 시장은 이러한 구성 요소의 비용 및 품질 곡선을 주도하고 있습니다. 이 수준의 컴퓨팅은 거의 무료가 되고 있습니다. 대량 생산된 스마트폰과 소비자용 카메라는 디지털 카메라와 광원이 빠르게 발전하고 있음을 의미합니다.

"구조화된 광 센서를 구축하는 실제 구성요소인 기능적 구성요소가 훨씬 더 저렴해지고 있습니다."라고 Green이 말했습니다. "따라서 내부 구성 요소를 보다 쉽게 ​​구할 수 있고 저렴해짐에 따라 이러한 종류의 고품질 구조 조명에 대한 소유 비용이 하락하는 것을 볼 수 있습니다."

그는 하드웨어 비용이 낮아지면 함께 제공되는 소프트웨어에 대한 가격 압박이 증가할 것이라고 말했습니다. Green에 따르면 총 소유 비용이 감소함에 따라 전용 용도로 현재 저렴한 구조 조명 시스템을 사용할 수 있습니다. 자동차 차체에서 갭-플러시를 측정하거나 개별 센서로 가공 셀의 개별 기능을 100% 검사하는 것을 생각해 보십시오.

그는 “올바른 애플리케이션을 위해 생산 장소에 훨씬 더 가까운 훨씬 더 스마트한 센서를 갖게 될 것”이라고 말했다. "이러한 응용 프로그램을 위한 데스크톱 소프트웨어의 역할은 정보 수집기(Information Aggregator)에 훨씬 가깝습니다."