В.В. Якунин Измерительные системы для контроля геометрических характеристик
Современные технологии прошли путь до полной интеграции измерительных систем в производственный процесс
В.В. Якунин (OOO «Нева Технолоджи», Санкт-Петербург)
В 1983 г. с отличием окончил Ленинградский политехнический институт (в настоящее время Санкт-Петербургский государственный технический университет) по специальности «динамика и прочность машин». Кандидат технических наук. Генеральный директор OOO «Нева Технолоджи».
Введение
Жизнь человека так или иначе связана с измерениями. Более того, она с измерений начинается. Мы входим в этот мир еще без имени, но уже с параметрами. Потом нам покупают одежду определенного размера, считают первые шаги. Чуть позже мы пытаемся определить время до окончания урока. Вырастаем начинаем сравнивать возможности и потребности. Каждый поход в магазин связан с измерениями времени, массы, размера, количества денег и т. д. Успешность операции зависит от качества измерения и точности анализа и интерпретации измеренных данных
Измерительные промышленные системы. Историческая справка
История измерительных систем для контроля геометрических характеристик крупногабаритных объектов началась с применения электронных теодолитов в авиастроении. В конце 80-х годов XX в. на одной из авиационных выставок в США компания Wild (позднее вошла в состав Leica Geosystems, Швейцария) представила новейшие (по тем временам) полусекундные электронные теодолиты T3000. Сотрудники компании Boeing (США), отслеживающие появление новых технологий, проявили заинтересованность и запросили информацию возможно ли связать приборы в систему, чтобы при наведении их на точку самолета в режиме реального времени можно было определить ее координаты? Первое решение систему RMS2000 предложила компания Leitz (которая, кстати, «поучаствовала» в образовании названия Leica Leitz Camera). Отличительной особенностью RMS2000 было использование специализированного компьютера и ориентированного на него программного обеспечения. Соответственно, процедура измерений была жестко регламентированной.
Следующим шагом стало создание программного обеспечения для стандартного компьютера с операционной системой DOS. Было разработано два варианта: ECDS (Kern, Швейцария) и Mancat (группа программистов из США).
Рис. 1. Система на базе тахеометра
Прорывом в области бесконтактных измерений крупногабаритных изделий стало появление на рынке высокоточного тахеометра TC2002 (точность определения расстояния 0,5 мм, углов 0,5") и лазерного трекера, совмещающего в себе лазерный интероферометрический дальномер и высокоточные угловые датчики. Если тахеометр результат эволюции линейки геодезических приборов, то трекер принципиально новое измерительное средство. На базе этих приборов были созданы измерительные системы: PCMS и SMART (обе компании Kern) в 1991 1992 гг. и Axyz LTM (Leica Geosystems) в 1995 г.
По мере развития технологий менялись запросы пользователей. При производстве самолетов нового поколения (A-380 в Европе и Boeing-787 в США) было решено полностью автоматизировать процесс сборки, исключив человеческий фактор при контроле качества изделий. Ответом стало появление двух новых технологий и основанных на них систем лазерного радара MV200 (Metric Vision, США) и внутрицеховых систем позиционирования iGPS (Arc Second, США). Системы на базе радара позволяют сканировать крупногабаритные объекты с точностью до сотых долей миллиметра, а системы на базе iGPS отслеживать положение нескольких десятков точек с точностью до десятых долей миллиметра для контроля процесса сборки. В настоящее время обе эти системы поставляются под маркой Metris (Бельгия).
Дальнейшее развитие измерительных технологий шло по пути унификации измерительных систем. Была разработана единая программная среда Axyz (Leica Geosystems) под управлением операционной системы Windows, которая позволяла подключать измерительные приборы всех указанных типов (теодолиты, тахеометры, трекеры). В настоящее время компания New River Kinematics (США) выпускает специализированное программное обеспечение Spatial Analyzer, обслуживающее различные измерительные приборы, что упрощает их внедрение в производство.
Рис. 2. Теодолитная система
Современные измерительные системы (с точностью определения координат до 0,2 мм) В настоящее время в промышленности используются измерительные системы, созданные на базе:
тахеометра (измеряются углы и дальности и вычисляются координаты) AxyzSTM;
системы теодолитов (по угловым измерениям нескольких теодолитов вычисляются координаты точек) AxyzMTM/
STM, как составную часть может включать AxyzSTM;
лазерного трекера (измеряются углы и дальности, вычисляются координаты, есть возможность следить за отражателем и непрерывно передавать координаты) AxyzLTM, система на базе трекера компании FARO Technologies (США);
сканера MV224 лазерные сканирующие системы (измеряются не точки, а поверхности).
Особенности измерительных систем
Тахеометр выбирают при измерении ограниченного числа точек (десятки, сотни) без необходимости сканирования сложных поверхностей. Возможна установка отражающей призмы, при этом точность в направлении луча составит 0,2 мм, в поперечном 0,025 мм на10 м. Применяется для измерения параметров емкостей, элементов генераторов, габаритных металлоконструкций, а также для исследования прямолинейности хода станка. Возможна работа без подключения к электрической сети.
Теодолитная система была самой универсальной вплоть до появления радара. При измерении достаточно навести любую пару из расставленных вокруг объекта теодолитов на точку и получить координаты. Точка может быть маркирована лазером или керном. Возможно использование специальной оснастки. Предусмотрена процедура замера отверстий. В состав теодолитной системы может быть включен тахеометр. Число операторов равно числу теодолитов. Точность измерения от 0,02 мм до 1/200 000 от измеряемого параметра.
Рис. 3. Система на базе лазерного трекера
Лазерный трекер наиболее производительная система. Работает с использованием отражательной призмы, но дальномер создан на базе интерферометра, поэтому прибор сам следит за отражателем и в режиме реального времени выдает координаты 1000 точек в секунду с точностью не ниже 0,1 мм на 10 м. Диапазон измерения расстояний до 45 м. Технология используется как для сканирования поверхностей, так и при проведении монтажа.
Лазерные сканирующие устройства. В 2002 г. на рынок был выведен новый продукт лазерный радар MV200 (ныне Metris). Точность измерений составляет от 0,1 мм на 10 м, диапазон расстояний до 24 или 60 м (в зависимости от модификации). Прибор является наиболее универсальным для контроля геометрических характеристик крупногабаритных изделий, поскольку не требует отражателя, легко встраивается в автоматизированные системы и обслуживается минимальным числом операторов. MV200 имеет большое число встроенных процедур сканирования, измерения отверстий, граней и т. д. Наряду с iGPS выбран компанией Boeing как наиболее перспективная технология для контроля геометрических параметров объектов.
Рис. 4. Лазерный радар
Внутрицеховая система позиционирования (iGPS) была разработана в США и продвигалась под маркой ARC SECOND. Технология функционирования аналогична триангуляционной системе с теодолитами секундной точности. В настоящее время является продукцией компании Metris. Система состоит из произвольного (больше двух) количества специальных излучателей, расставляемых в цехе (на полу, потолке, опорах), и оптических сенсоров, расположенных на изделиях. По проводной или беспроводной связи сенсоры передают сигналы о регистрации лучей излучателя. Координаты каждого из сенсоров определяются с частотой 40 50 Гц, а наблюдатель или исполнительный механизм отслеживают и/или корректируют положение. Высокая точность (0,1 мм на 10 м), возможность одновременного отслеживания многих точек, большой охват (от единиц до сотен метров) и полная независимость от наблюдателя делают эти системы непревзойденными для автоматического контроля качества и процесса сборки.
Измерительные промышленные системы в России
Современные технологии прошли путь до полной интеграции измерительных систем в производственный процесс.
Рис. 5. Внутрицеховая система позиционирования iGPS
В 1996 г. ОАО «Северсталь» (Череповец) в соответствии с рекомендациями аудиторской компании для успешного продвижения металла на международном рынке, предъявляющем высокие требования к уровню производства, был проведен тендер на выполнение работ по периодической выверке линий непрерывного литья заготовок. В результате были выбраны технологии, базирующиеся на использовании высокоточного тахеометра.
В 1999 г. в Сыктывкарском лесопромышленном комплексе при реконструкции одной из бумагоделательных машин основным средством контроля геометрических характеристик была выбрана система на базе TDA 5005 (Leica Geosystems).
В 2001 г. ФГУП «Адмиралтейские верфи» (Санкт-Петербург) для повышения производительности и улучшения качества работы при выполнении крупного заказа провело модернизацию технологии стапельно-сборочных работ с помощью системы AxyzSTM на основе тахеометра TDA 5005.
В 2002 г. Иркутское авиационное производственное объединение (в настоящее время «ИРКУТ») приобрело систему AxyzMTM/STM для контроля качества сборки самолетов на всех уровнях от установки стапелей и проверки эталонов до предполетной проверки. Система состоит из нескольких приборов TDA 5005, специального программного обеспечения и дополнительных принадлежностей. После нескольких лет эксплуатации была закуплена и внедрена в производство вторая измерительная система на базе лазерного трекера.
Условиями успешной реализации еще одного проекта Russian Regional Jet создание среднемагистрального пассажирского самолета последнего поколения, с которым Правительство РФ связывает надежды на возрождение отечественного авиастроения, являются автоматизация сборочных работ и контроль геометрических характеристик изделий на каждом этапе производства. Для этого планируется использовать несколько лазерных радаров, работающих как самостоятельно, так и в составе линий окончательной сборки.
Что объединяет названные предприятия, расположенные по всей России, работающие в различных отраслях промышленности и имеющие разную организационную форму и форму собственности? Все они производят высокотехнологичную продукцию и успешно работают на международном рынке.
В статье использованы информационные материалы Leica Geosystems, Metris и результаты работ ООО «Нева Технолоджи».
RSS
Реклама
В.В. Якунин (OOO «Нева Технолоджи», Санкт-Петербург)
