Mittaaminen ja geometrinen analyysi on perinteisesti suoritettu kosketukseen perustuvilla mittalaitteilla. Nykyään on kuitenkin useita teollisuudenaloja, jotka luottavat kosketuksettomaan mittaukseen. Tällaiset vaatimukset voivat johtua useista eri sovelluksista. Kohteiden herkkyys, erittäin tarkka mittaus ja automaatio ovat muutamia esimerkkejä näistä edistysaskelista. Tässä artikkelissa käymme läpi kosketuksettoman mittauksen perusasioita. Lisäksi syvennymme sen yksityiskohtiin ja keskustelemme yritysten kosketuksettomien mittausten ratkaisuista.
Kosketukseton mittaus
Kuten itse termistä voi päätellä, kosketukseton mittaus tarkoittaa kohteen mittaamista ilman fyysistä kosketusta. Olemme vuosien varrella kehittäneet hienovaraisia tekniikoita tämän saavuttamiseksi. Jokaisella tekniikalla analysoidaan kohteen geometria etäältä. Sen lisäksi se ulottuu myös fyysisiin ominaisuuksiin. Vuosien mittaan joistakin kosketuksettomista mittaustekniikoista on tullut perusasioita. On olemassa laserpohjaisia näkö-, optisia ja ultraäänijärjestelmiä. Mitä erityistä kosketuksettomassa metrologiassa on? Se tarjoaa suuren tarkkuuden - havaintotarkkuuden toistettavuudella. Kosketuksettomien järjestelmien tarkkuus voi ulottua jopa nanometreihin!
Kosketuksettoman mittauksen periaatteet
Kosketuksettomassa metrologiassa käytetään työkaluja kohteen mittatietojen saamiseksi. Tiedot saadaan ilman fyysistä kosketusta. Siinä hyödynnetään tekniikoita, jotka skannaavat objektin etäältä antureiden avulla. Yksinkertaisin kosketuksettoman mittauksen muoto on optiset mittalaitteet. Ne luovat kohteen mallit uudelleen kuvantamistekniikoiden avulla. Muita kosketuksettoman tekniikan muotoja ovat laserpohjaiset järjestelmät ja ultraääniaallot. Klikkaa tästä nähdäksesi kosketuksettomien ja kosketuksellisten mittausten välisen eron.
Miten se eroaa kontaktimittauksesta?
Kosketukseen perustuvien metrologisten työkalujen on mitattava kohde fyysisesti, jotta se voidaan mitata. Tämä voi tapahtua kosketusantureiden, sähkösignaalien tai kojepuristimien muodossa. Tämä rajoittaa luonnostaan sitä, millaisia kohteita niillä voidaan mitata. Entä jos työkappale on liian pieni, kuten piirilevy? Entä jos se on helposti epämuodostuva, kuten kirurginen implantti? Kosketuksettomassa mittauksessa tämä rajoitus poistetaan skannaamalla kohde etäältä. Se mahdollistaa suuremman joustavuuden, monipuolisuuden ja yksinkertaisuuden mittauksessa. Se vähentää ihmisen käyttövaatimuksia ja lisää mittausten luotettavuutta.
Kosketuksettomat mittaustekniikatyypit
Laser-pohjaiset järjestelmät
Laserskannerit ovat nykyaikaisen metrologian huippua. Lasermittauksen perusperiaate on itse asiassa varsin yksinkertainen. Etäisyyden mittaus tapahtuu lentoajan avulla. Mitä se tarkoittaa? Käytännössä laserjärjestelmät laskevat etäisyyden säteen kulkemiseen kuluvan ajan perusteella. Mikä on kulkureitti, saatat kysyä? Anturista kohteeseen ja takaisin. Laserkolmiomittaus on kehittynyt metrologinen tekniikka. Siinä käytetään useita antureita (kameroita) näyttämön alueella. Kamerat on sijoitettu tiettyihin kulmiin, ja ne keräävät heijastunutta valoa. Tämä kertoo kaiken tarvittavan tiedon kohteen mitoista.
Optiset järjestelmät
Optiseen kosketuksettomaan mittaukseen liittyy kuvantaminen. Kuvaamme kohteen ja analysoimme mitat kuvasta. Fotogrammetria on viime aikoina suosittu tekniikka. Kohde kuvataan useista eri kulmista, ja kuvat analysoidaan. Se antaa kattavan rekonstruktion sen ominaisuuksista. Saatat kuulla usein valkoisen valon interferometriasta; se on toinen optinen tekniikka! Siinä lähetetään valkoista valoa monesta pisteestä kohteeseen. Mitä tuloksena saadaan? Interferenssikuvio. Osoittautuu, että tämä voi antaa paljon tietoa kohteesta. Materiaaliominaisuudet, pinnanmuodot ja mitat voidaan mitata tämän yksinkertaisen tekniikan avulla.
Ultraääni- ja tutkapohjaiset järjestelmät
Ultraääni ja tutka perustuvat yhteen asiaan - ääniaaltoihin. Näissä järjestelmissä käytetään korkeataajuista ääntä materiaalien tutkimiseen. Niiden toimintaperiaate on itse asiassa hyvin samankaltainen kuin lasereilla. Niissäkin lasketaan aika, joka kuluu ääniaallon kimpoamiseen takaisin. Ultraääniantureilla on valtava peittoalue ja monipuolisuus. Ne saattavat kuitenkin olla epätarkempia tietyissä olosuhteissa. Lisäksi ne voivat toimia nestemäisissä ja kiinteissä väliaineissa. Ne eivät kuitenkaan voi toimia tyhjiössä. Äänipohjainen mittaus havaitsee helposti putkien, säiliöiden tai metallilevyjen viat.
Kosketuksettoman mittauksen merkitys
Korkea tarkkuus ja tarkkuus
Kosketukseen perustuvat mittauslaitteet voivat häiritä työkappaletta. Ne voivat vaikuttaa sen dynamiikkaan ja fyysisiin ominaisuuksiin. Kriittisellä alalla tämä ei ole hyväksyttävää. Entä jos mittaat erillisiä, pienikokoisia tuotteita, kuten elektroniikkaa ja lääkkeitä? Kosketuksettomat mittausratkaisut säilyttävät kohteen koskemattomuuden. Lisäksi ne tekevät sen loistavalla tarkkuudella ja täsmällisyydellä. Esteet kohteen pinnalle ovat minimaaliset. Niillä voidaan toistaa pintaprofiilit muutamassa sekunnissa. Aika hyvä, eikö?
Tuhoamaton ja turvallinen herkille esineille
Ihmistoimijat ovat epäilemättä olleet korvaamattoman arvokkaita valmistusteollisuudelle. Kun on kyse herkistä esineistä, tilanne muuttuu kuitenkin monimutkaiseksi. Ensinnäkin ihmisen suorittama tarkastus on aikaa vievää. Toiseksi työntekijöiden palkat ovat kalliita. Onko mikään ihme, että kosketukseton mittaus on korvaamatonta teollisuudelle? Niinkin herkkä asia kuin lääketieteellinen implantti tarkastetaan sekunneissa! Näiden työkappaleiden perinteinen käsittely vaatii vaivaa ja aikaa. Optisten skannereiden avulla voit säästää kuluja ja lisätä samalla tuottavuutta. On olemassa useita muita esimerkkejä työkappaleista, jotka vaativat kosketuksettoman mittauksen lähestymistapaa. Sillä voidaan helposti tutkia sulaa metallia, kuumia autonosia tai radioaktiivisia materiaaleja.
Tiedonkeruun nopeus ja tehokkuus
Teollisuuden automatisointi on yksi 2000-luvun merkittävimmistä kehityssuuntauksista. Konepohjainen tarkastus on korvannut useita työläitä tehtäviä. Ensimmäisenä muodista poistui manuaalinen tarkastus. Suuri kiitos siitä kuuluu kosketuksettomalle metrologialle. Nämä järjestelmät ovat erikoistuneet keräämään valtavia tietomääriä lyhyessä ajassa. Usein ne pystyvät tarjoamaan reaaliaikaista valvontaa. Se on välttämätöntä laadunvalvonnassa ja itsenäisessä päätöksenteossa. Ne keräävät valtavia tietomääriä. Se on ihanteellinen perusta valmistuksen jalostamiselle ja liiketoimintamenetelmien parantamiselle.
Monipuolisuus eri materiaaleissa ja pinnoilla
Teollisuus käyttää useita materiaaleja valmistusprosessissaan. Perinteinen metrologia on joskus riittämätön pysymään mukana tässä dynamiikassa. Kosketuksettomat mittauslaitteet ovat välttämättömiä materiaaleille ja pinnoille. Esimerkkejä ovat orgaaniset, keraamiset, metalliset tai komposiittimateriaalit. Kosketuksettomat laitteet tarkastavat kaikki nämä helposti.
Kosketuksettomat mittauslaitteet
Vision Measurement Machine (VMM)
Vision-mittalaitteet ovat monipuolisia optisia laitteita. Ne hyödyntävät kuvantamistekniikoita ominaisuuksien analysointiin. VMM-laitteiden pääkomponentit ovat optisia antureita (CMOS- tai CCD-kameroita). Lisäksi niissä on optiset zoom-objektiivit ja mittausohjelmistot. VMM-laitteet tarvitsevat asianmukaisen valaistuksen toimiakseen asianmukaisesti. Ne rekonstruoivat työkappaleen 3D-muodossa. Ne rakentavat CAD-mallin ekstrapoloimalla sen kuvan useista eri kulmista. VMM:ien avulla tuotantoputket toimivat itsenäisesti. Laajasti käytössä olevia sovelluksia ovat esimerkiksi viivakoodien skannaus. Se on käytössä vähittäiskaupassa ja toimitusketjuissa. Myös elektroniikka, lääketieteellisten komponenttien valmistus ja laaduntarkastus ovat kriittisiä sovelluksia.
Koordinaattimittauskone (CMM)
CMM-laitteet ovat perinteisesti olleet kosketukseen perustuvia mittauslaitteita. Nykyaikaisissa CMM-laitteissa on kuitenkin optisia tai laserpohjaisia antureita. Näissä lisälaitteissa on asianmukainen ohjelmistotuki. Näiden työkalujen avulla CMM-laitteet suorittavat kosketuksettomia mittauksia. Ne suorittavat edelleen perinteisiä toimintoja. Optiset CMM-laitteet ovat parantaneet teollisuuden valmiuksia. CMM-käyttäjät voivat nyt laajentaa mittausarsenaaliaan muutamalla muutoksella.
3D-skannerit
3D-skannerit poimivat kohteen kriittiset piirteet muuntamalla sen 3D-malliksi. Monikulmaisen kuvantamisen ansiosta. Kun 3D-skanneri on kerännyt ominaisuudet, se vertaa niitä suunnittelumäärittelyihin. Tämän prosessin avulla 3D-skannerit validoivat valmistusprosesseja. Ne ovat ratkaisevan tärkeitä pienimpien poikkeamien ja vikojen tunnistamisessa. 3D-skannerit auttavat teollisuuslaitteita suorittamaan pass/fail-tarkastuksia. Ne mahdollistavat tuotteiden käänteisen suunnittelun ja suunnittelun validoinnin.
Laser-triangulaatioanturit
Laserkolmiomittauslaitteissa lähetin heittää lasersäteen kohteeseen eri kulmista. CMOS-kamera mittaa heijastuneen säteen kulmat. Prosessin tuloksena saadaan kattava raportti pinnasta. Se sisältää etäisyydet, mitat, profiilit ja materiaalitiedot. Laserkolmiomittaus on monipuolinen tekniikka. Se on läsnä muun muassa laadunvalvonta-asemilla, automatisoiduilla kokoonpanolinjoilla ja pintojen tarkastuksessa.
Ultraäänianturit
Ultraäänikaista on 20 kHz - 200 kHz. Näillä taajuuksilla aallot voivat kulkea pitkän matkan minimaalisella vaimennuksella. Tästä syystä ultraäänianturit toimivat niin hyvin epätasaisissa, murtuneissa tai kirkkaissa väliaineissa. Ultraäänimittauslaitteet koostuvat anturista, joka lähettää ja vastaanottaa ääniaaltoja. Se määrittää etäisyyden ja profiilin sen ajan perusteella, joka kuluu äänen kimpoamiseen takaisin. Ultraäänimittaus on välttämätön pituusmittauksessa. Se mahdollistaa myös hiukkasten tunnistamisen, tilavuuden tarkistamisen ja läheisyyden skannauksen.
Kosketuksettoman mittauksen soveltaminen
Valmistus ja valmistus
Nykyään työpajat lisäävät jatkuvasti automaation tasoa käytännöissään. Yksi merkittävimmistä tämän kehityksen mahdollistajista on kosketukseton mittaus. Se on lisännyt valmistukseen liittyvää tarkkuutta. Pienempi riippuvuus ihmisistä operatiivisissa tehtävissä merkitsee suurempaa luotettavuutta ja lisääntynyttä tehokkuutta. Useat teollisuudenalat (kuten elektroniikkateollisuus) ovat huomattavasti riippuvaisia kosketuksettomista laitteista tuotteiden tarkastuksessa.
Ilmailu
Ilmailu ja ilmailu ovat kriittisiä teollisuudenaloja. Ne edellyttävät tiukkoja maailmanlaajuisia standardeja. Ainoastaan erittäin tarkka kosketukseton mittaus voi täyttää niiden vaatimukset. Optiset ja ultraäänianturit tarjoavat tarkkoja mittauksia. Niillä voidaan profiloida monimutkaisia kokoonpanoja. Laserseurantalaitteet suorittavat siipien kohdistuksen yksityiskohtaisten eritelmien mukaisesti.
Autot ja autot
Monet autoteollisuuden alat ovat perinteisesti käyttäneet CMM:iä. Nykyinen CMM on kuitenkin erittäin helppo siirtää optiseen CMM:ään. Se lisää mittausarsenaaliasi. Aiemmin olet ehkä mitannut auton runkoja ja paneeleita. Optisten CMM:ien avulla tuotetarkastusten valikoima kasvaa huomattavasti. Sen ansiosta korjaamot voivat käsitellä useampia projekteja itse ulkoistamisen sijaan.
Lääketiede
Lääketieteelliset koneet ovat toinen teollisuudenala, joka vaatii korkeinta tarkkuutta ja laatua. Tämän alan kriittisiä laitteita ovat muun muassa tietokonetomografiaskannerit, magneettikuvauslaitteet, kehon tai hermoston implantit ja lääketieteelliset apuvälineet. Kosketuksettomat mittalaitteet suorittavat vikojen havaitsemisen. Ne varmistavat, että pienet ja herkät koneenosat ovat virheettömiä.
Elektroniikka
Optiset mittaustyökalut ovat ratkaisevan tärkeitä jokaisessa elektroniikkakorjaamossa. Sirukoot pienenevät nopeasti koko teollisuudessa. Näin ollen ihmiset eivät voi enää tarkastaa niitä manuaalisesti. Kosketuksettomat mittalaitteet käsittelevät tehokkaasti mikroelektroniikan komponentteja: Piirilevyt, puolijohteet, kondensaattorit tai induktorit.
Päätelmä
Tieteen innovointi on täydessä vauhdissa. Mittaustekniikka on tämän kehityksen kärjessä. Kosketukseton metrologia on merkittävä muutos suunnittelussa ja tuotannossa maailmanlaajuisesti. Sen kyky muuttaa teollisuutta on kiistaton. Se tekee tämän tarjoamalla erittäin tarkkoja, nopeita ja keskeytyksettömiä mittauksia. Etämittauskyvyllä on useita vaikutuksia, joita ei ole vielä tutkittu. Kosketuksettoman mittauksen kasvu on tasaista konenäön ja tekoälyn tahdissa. Jos haluat lisätietoja kosketuksettomasta metrologiasta, ota yhteyttä alan asiantuntijoistamme koostuvaan tiimiimme.