광학(Big, Bold, Fast) 계측

Hexagon Manufacturing Intelligence의 3D 광학 센서 상업 운영 관리자인 Cliff Bliss가 작성

광학 계측의 세계로 들어서면 한 가지 분명한 사실이 있습니다. 이 활기찬 비즈니스 부문은 대형 부품 및 고정 장치의 검사를 위한 휴대용 3차원 측정기(PCMM)의 새로운 설계를 계속 혁신하고 있습니다. 대규모 제조업체는 항공우주, 조선, 자동차 및 기타 산업에서 발견되는 넓은 표면적에 대한 현장 3D 측정을 해결하기 위해 업데이트된 광학 방법을 여전히 찾고 있습니다. 표면을 자세히 분석해야 하는 필요성은 하드 게이징이 있는 구식 검사 고정 장치와 달리 더 큰 데이터 세트를 제공하는 더 나은 광학 측정 도구에 대한 추세를 주도하고 있습니다.

새로운 카메라 기반 광학 사진 측량 시스템은 기존 광학 도구 세트의 이전 버전과 크게 다른 새로운 디자인을 도입하고 있습니다. 이러한 시스템은 열악한 산업 환경이나 원격 실외 설정에서 사용되기 때문에 엔지니어는 진동이나 충격과 같은 기계적 스트레스의 영향에 대한 이러한 시스템의 견고성과 내성에 특별한 설계 초점을 맞춥니다. 연구 및 개발 단계에서 전체 측정 볼륨에 대한 시스템 정확도를 확인하기 위해 장기 테스트가 사용됩니다. 최신 시스템은 견고한 하우징 안에 고성능 카메라 2개를 내장하여 먼지와 진동이 있는 거친 생산 환경에서도 검사, 추적 및 위치 지정이 가능합니다.

새로운 디자인, 빠른 반품

사진 측량에 기반한 최신 광학 시스템은 다양한 구성으로 제공됩니다. 새로운 디자인에는 폐쇄형 카메라 빔에 2개의 고해상도 8메가픽셀 디지털 카메라가 포함됩니다. 이러한 통합 디지털 카메라는 측정할 구성 요소 또는 휴대용 프로빙 장치에 배치된 모든 유형의 대상을 빠르게 캡처할 수 있습니다. 생성된 이미지는 자동으로 처리되며 3차원 좌표 데이터는 실시간으로 계산됩니다. 진동, 소음 및 위치 변경과 같은 문제는 수년 동안 도량형 전문가를 괴롭혔던 문제가 더 이상 없습니다. 동적 참조라는 새로운 기술을 제공하는 광학 시스템이 시장에 나와 있습니다. 이 기술을 통해 시스템은 광학 추적을 통해 이러한 환경 교란을 자동으로 감지하고 보상할 수 있습니다. 이 기능은 측정 세션 중에 시스템이 이동하더라도 일정한 공정 안정성을 보장합니다.

더 많은 발전

기술 바늘은 정확도 측면에서도 발전했습니다. 현재 시장에는 40~80미크론의 정확도 범위로 최대 5미터의 물체를 측정할 수 있는 광학 측정 시스템이 있습니다. 카메라 기반 솔루션의 새로운 기능은 여러 지점을 동시에 캡처하고 실험실 설정의 부하 테스트 및 피로 테스트는 물론 기타 정적 및 동적 응용 프로그램으로 사용을 확장하는 기능입니다. 이러한 발전을 동적 참조와 결합하면 사용자는 이제 기하학적 조건을 정밀하게 감지할 수 있는 도구 세트를 갖게 되며 가동 중지 시간을 최소화하거나 전혀 없이 활동이 많은 산업 환경에서 사용할 수 있습니다.

빠른 작업 만들기

구성 요소를 빠르고 정확하게 정렬하려고 시도한 기술자라면 작업의 복잡성을 이해할 수 있습니다. 좋은 예는 측면 패널에 자동차 도어를 배치하는 것입니다. 이것은 쉬운 일이 아니지만 자동차 제조업체는 프로토타이핑 프로세스에서 매일 고군분투합니다. 문의 한쪽에서 나사를 조정하고 다른 쪽에서 확인할 때마다 뒤틀립니다. 이 연습은 길고 지루한 과정이 될 수 있으며 일반적으로 CAD 데이터와 맞춤을 기반으로 문을 정렬하는 데 최대 30분이 소요됩니다. 이 시나리오는 또한 절차 중에 아무도 아무것도 건드리지 않는다고 가정합니다.

따라서 카메라 기반 광학 추적 시스템에 들어갑니다. 이러한 사진 측량 솔루션은 사진 작가가 사진 촬영을 위해 장비를 설정하는 것과 마찬가지로 본질적으로 설정하기 쉽습니다. 한 명의 작업자가 삼각대에 카메라 막대를 장착하고 사용할 준비가 되었습니다. 또한 롤러를 삼각대에 부착하여 작업 현장에서 더 쉽게 이동할 수 있습니다. 사진 측량 시스템은 시선 측정에 가장 적합한 위치에 배치되고 센서는 측정 대상을 향하게 됩니다. 전체 설정 프로세스는 몇 분 안에 완료됩니다. 새로운 시스템에는 온도가 제어되는 센서가 통합되어 있어 센서가 자체 열 안정성을 조절할 수 있습니다.

이제 광학 기술을 사용하여 측면 패널에 자동차 도어를 배치하는 작업으로 돌아갑니다. 첫째, 교환원은 몇 가지 간단한 표적으로 문에 신호를 보냅니다. 다음으로 사전 정렬 절차를 위해 휴대용 프로브를 사용하여 문의 중요한 기능을 캡처합니다. 측면 패널에도 동일한 프로세스가 적용됩니다. 이제 두 구성요소가 각각의 좌표계로 캡처됩니다.

카메라 기반 기술을 사용하면 해당 구성 요소의 여러 지점을 동시에 측정할 수 있으며 6DoF 본체를 동적으로 추적할 수도 있습니다. 측정 소프트웨어는 안내를 위해 컴퓨터 화면의 시각적 편차 플래그를 사용하여 정렬 프로세스의 진행 상황을 실시간으로 보여줍니다. 작업자는 데이터를 사용하여 나사를 돌리고 조정한 다음 목표 위치에 도달했는지 확인할 수 있습니다. 간단히 말해서 편차 플래그는 몇 분 안에 구성 요소를 빠르게 정렬하는 지표 역할을 합니다.

가혹한 환경, 문제 없음

모든 계측 학자의 고전적인 고려 사항은 산업 환경이 측정하기에 충분히 안정적인지 여부입니다. 물체 또는 어셈블리의 크기를 기반으로 하는 또 다른 문제는 세션 중에 계측 시스템을 이동해야 하는지 여부입니다. 이 두 가지 남아 있는 문제는 앞에서 설명한 것처럼 동적 참조로 해결되었습니다. 자동차 측면 패널의 대상을 기준점으로 사용하여 사진 측량 시스템은 센서의 움직임을 보정할 수 있습니다. 이 동일한 기술은 불안정한 환경에 기여하는 진동 또는 기타 요인이 있는 영역에서 물체를 측정하는 것도 보상할 수 있습니다.

물체 또는 어셈블리의 가시선 영역이 동시에 측정되기 때문에 모든 샷이 전역 좌표계로 직접 변환됩니다. 작업자가 부품을 만지거나 고정구를 흔들어도 안정적으로 측정됩니다. 사진 측량 시스템이 온라인 상태를 유지하고 세션 중에 일상적인 작업장 활동이 발생하는 동안 데이터를 계속 수집하므로 수동으로 재정렬할 필요가 없습니다.

새로운 대안

광학 계측 솔루션 제공업체는 하드웨어의 더 쉬운 작동, 더 스마트한 소프트웨어, 더 빠른 데이터 수집과 같은 업계의 주요 트렌드를 확실히 따르고 있습니다. 최신 카메라 기반 PCMM의 안정적이고 안정적인 측정 결과와 결합된 이러한 기능은 기존 게이지 또는 터치 프로브 전용 솔루션에 대한 대안을 제공합니다. 정밀 검사 외에도 이러한 시스템은 조립 프로세스를 모니터링 및 단순화할 수 있으며 즉각적인 피드백을 통해 위치 지정 및 정렬 작업을 통해 작업자를 안내할 수 있습니다. 측정 프로세스를 가속화하는 것 외에도 오늘날의 카메라 기반 광학 시스템은 다른 많은 정적 및 동적 응용 분야에서 훨씬 더 빠르게 작동하여 새로운 패러다임을 활용하는 사람들에게 시간을 절약하고 비용 이점을 제공합니다.

이전에는 Quality Magazine에 소개되었습니다.